光电数字化变电站探究及应用.doc

光电数字化变电站探究及应用摘要：本文给出一种35kV光电数字化变电站系统，是面 向农网按全新概念设计的变电站系统，是现代电子和光电技 术相结合的产物，代表了当今变电站自动化发展的方向这 种全新系统的应用使变电站的施工更加简单，安全性能大大 提高，设备防浪涌、防雷电效果更加显著，数据采集传输更 加快捷准确关键词：电子式互感器智能汇控箱光缆IEC618501概述一般35kV变电站中都采用传统的电磁式电流、电压互 感器，其原理和参数是按早期电磁式保护和测量设备设计 的，采用模拟强电输出（5安培/I安培、100伏），输出容量 大，传输距离短，容易被电磁干扰电磁式电流互感器由于 铁芯的磁滞和饱和特性，引起不可克服的暂态特性差，动态 范围小、频带范围窄的缺点电磁式互感器电压等级越高， 制造工艺越复杂，可靠性越差，造价越高另外电磁式互感 器体积庞大，安装、维护不方便信号传输还需使用大量的 电缆目前国内许多电力公司、研究院所、制造厂家都在关注 数字化变电站的发展，已经进行了数字化变电站的试点应用 ——据文献统计，已经有20多个110KV及以上电压等级的 数字化变电站投运2技术方案面向中压系统的数字化变电站系统的技术方案，不能完 全仿照高压系统的方案，必须综合考虑造价问题，本方案旨 在提出一种适合中国目前35kV农网实际情况的，充分满足 技术指标的，实用化的光电数字化系统解决方案。

2. 1方案主要特点%1 采用电压/电流组合式电子式互感器1 不独立设置合并单元（MU）,而将合并单元置于保护 测控装置内部1 不设置同步采样时钟系统，各个互感器进行等间隔独 立采样，相关电压、电流进行向量运算时采用插值法进行同 步1 采用智能终端（智能汇控箱）+传统开关方案解决开 关智能化问题1 多个二次装置公用的信号，采用光电集线器的方式扇 出多路光信号2. 2电子式互感器2. 2. 1电子式互感器的选型电子式互感器按传感原理可分为无源全光型电子式互 感器和有源型电子式互感器无源全光型电子式互感器是基于纯光学原理的互感器， 光学电流互感器利用法拉第的磁光效应测量电流，光学电压 互感器利用Pockels光电效应测量电压无源全光型互感器 基于光学传感技术，其一次侧光学电流、电压传感器无需工 作电源，具有较大的技术优势；但光学传感器的制作工艺复 杂，稳定性及一致性不容易控制，制造成本很高，在中压系 统中应用性价比不合适，一般用于高压系统中综合考虑到技术的可实施性、最终产品的性价比，本方 案中电子式互感器采用是有源型电子式互感器2. 2.2基于罗氏线圈结构的有源电子式CT的工作原理罗氏线圈的原理结构：将导线均匀地环绕在一个截面均 匀的非磁性材料的骨架上，即可构成一个罗氏线圈，其原理 如图：罗氏线圈的的输出电压e (t)与被测电流i (t)的时 间导数成正比，将e (t)积分便可求得电流i (t), e (t) 经积分变换及A/D变换后，变成离散化的数字信号，编码后 由LED转换为数字光信号经光缆输出。

2. 2. 3电容分压结构的有源电子式PT的工作原理被测高压经电容分压器分压后变成弱电压信号，弱电压 信号经A/D变换后，变成离散化的数字信号，编码后由LED 转换为数字光信号经光缆输出图中可见主绝缘电容C1实际上是由一个导线和一个充 满绝缘介质的圆筒组成的，绝缘稳定可靠2. 3信号的同步方案根据IEC60044规定，各个电子式互感器同步采样有两 种实现方案，一种是同步脉冲法，另一种为插值同步法但是，同步脉冲法这种方式直接用于中/低压系统，造 成系统复杂、造价较高因此，本方案设计中省去了独立的 合并器，将合并器的功能置于保护装置中，采用线性插值法 实现相关信号的自同步两路信号分别进行独立的等间隔自由采样，实际采样点 为图中离散的黑点，而竖线时刻为保护算法所需的采样时 刻可见，实际采样点并不是保护算法需要的点为得到保 护算法需要的点，只需将相邻实际采样点用直线连接，计算 此直线与图中竖线的交点，即为保护算法所需要的点采用 线性插值法进行相关信号自同步，不需要增加额外硬件开 销，降低了成本只要实际采样点足够密，就可以将两点间 近似为直线，而不会引起很大误差用Mathlab进行模拟计 算，采用对标准50Hz信号进行128点采样时，这种插值法 的最大理论误差小于千分之1.2；当采用256点采样时，这 种插值法的最大理论误差小于万分之三。

本方案采用128点 采样，完全满足系统的运行的需求2.4公用信号分路方案针对象主变低压侧电流这类的公用信号（主变差动保护 和后备保护等多个保护装置都需要，但主变低压侧电子式电 流互感器只安装一组）的情况，由于未设独立的合并单元， 本方案中采用了一个光电集线器解决光纤信号进入光电集线器后，先进行光电转换，转换成 电气信号以后就可以任意并出多路电气信号，每路电气信号 分别进行电光转换，这样，1路光纤信号就可扇出多路光纤 信号，整个过程完全由硬件实现，没有延时在中压系统中，多个装置共用同一互感器信号的情况较 少，所以采用光电集线器比设置独立合并单元方案更简洁、 性价比高2.5智能汇控箱为了最大限度的发挥光纤的优势，对开关的控制输出（分合闸）以及开关的各个信号量输入也采用光纤传送为 此，设置了智能汇控箱传统开关的位置信号和控制信号就 近接入智能汇控箱，智能汇控箱进行智能化处理后通过光纤 与主控室内的保护装置通讯保护装置的分合闸指令通过光 纤送到智能汇控箱，智能汇控箱启动相应继电器动作断路 器断路器的状态信号由智能汇控箱采集，送到保护装置3应用意义3.1电子式互感器结构简洁，绝缘处理容易，没有传统 互感器开路和短路及谐振的问题。

其自身功耗大概只有传统 互感器的1/20〜1/30,又由于电子式互感器具有宽范围测量 特点，在变电站线路增容时，无需更换互感器上述优势， 解决了长期以来传统互感器存在的诸多不足，其维护量也大 大减少，操作人员的人身安全也进一步得到保证3.2以光缆通信代替了电缆信号传输，按传统施工估 算，平均一个变电站约需铜质电缆一千米，造价约在三万元 左右采用光纤通信后可降低造价约两万元，同时还节省一 笔电缆施工费用3. 3采用光纤传输方式后，变电站一次回路和二次回路 实现了有效的隔离，长期以来在变电站因电缆感应，传导的 过流、过压现象得以消除，设备的安全性得到进一步提高3.4数字化变电站在信息采集、传输、处理和输出过程 全部数字化，数据精度高、保护动作准确可靠4结束语光电数字化变电站的应用，其意义不仅仅是在35kV变 电站引进了一种新技术，采用了一套新系统更重要的是为 农网的安全、可靠运行提供了更加良好的技术保障，综合效 益明显，通过数字化的优势，搭建了一个具有各种功能于一 体的信息平台，避免了重复投入，降低了设备的生命周期成 本，大大提高了变电站的可靠性参考文献：[1]柴月春.浅谈数字化变电站.《数字技术与应用》2011年11期.［2］田志国.许继电气股份有限公司.《电子式互感器技 术交流》.⑶申屠刚.智能化变电站架构及标准化.《信息平台研 究》［D］浙江大学2010年.。