电子式互感器与智能开关方案课件

1电子互感器与智能开关介绍电子互感器与智能开关介绍南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司2智能化变电站概念智能化变电站概念智能化变电站是由智能化一次设备和网络化二次智能化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在设备分层构建，建立在IEC61850IEC61850通信规范基础上，通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互信息共享和互操作操作的现代化变电站。的现代化变电站。智能化一次设备智能化一次设备:电子式互感器、智能化开关等电子式互感器、智能化开关等过程层、间隔层、站控层过程层、间隔层、站控层3智能化变电站与传统变电站网络结构对比智能化变电站与传统变电站网络结构对比 总结4变电站智能一次设备变电站智能一次设备电子式互感器电子式互感器 智能化开关智能化开关5电压等级越高电子式互感器优势越明显电压等级越高电子式互感器优势越明显中低电压等级使用电子式互感器意义不大中低电压等级使用电子式互感器意义不大电子式互感器电子式互感器比较项目比较项目常规互感器常规互感器电子式互感器电子式互感器绝缘绝缘复杂复杂绝缘简单绝缘简单体积及重量体积及重量大、重大、重体积小、重量轻体积小、重量轻CTCT动态范围动态范围范围小、有磁饱和范围小、有磁饱和范围宽、无磁饱和范围宽、无磁饱和PTPT谐振谐振易产生铁磁谐振易产生铁磁谐振PTPT无谐振现象无谐振现象CTCT二次输出二次输出不能开路不能开路可以开路可以开路输出形式输出形式模拟量输出模拟量输出数字量输出数字量输出6电子式互感器的原理和分类电子式互感器的原理和分类按一次传感部分是否需要供电划分按一次传感部分是否需要供电划分有源式电子互感器有源式电子互感器无源式电子互感器无源式电子互感器按应用场合划分按应用场合划分GISGIS结构的电子互感器结构的电子互感器AISAIS结构结构(独立式独立式)电子互感器电子互感器直流用电子式互感器直流用电子式互感器7数字信号额定输出 -电流测量：2D41H -电流保护：01CFH -电压：2D41H模拟信号额定输出 -电流互感器：150mV，225mV，4V 等 -电压互感器：2/V，4/V，6.5/V等 国际标准 IEC60044-7、IEC60044-8国家标准 GB/T20840.7、GB/T20840.88AISAIS结构有源电子式组合互感器结构有源电子式组合互感器激光器驱动电路PIN数据处理合并单元保护测控计量LPCT空芯线圈远端模块复合绝缘子光纤光缆电容分压器绝缘介质IEC60044-8IEC61850-9-1/2保护、测控、计量合并单元线路保护母线保护变压器保护录波测控计量9GISGIS用有源电子式互感器用有源电子式互感器10有源电子式互感器有源电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号利用电磁感应等原理感应被测信号CTCT：空心线圈：空心线圈(RC)(RC)；低功率线圈；低功率线圈(LPCT)(LPCT)PTPT：分压原理：分压原理 电容、电感、电阻电容、电感、电阻传感头部分具有需用电源的电子电路传感头部分具有需用电源的电子电路利用光纤传输数字信号利用光纤传输数字信号AISAIS式（独立式）、式（独立式）、GISGIS式式电子式互感器电子式互感器11电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。1)1)空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。含铁芯，具有很好的线性度。空芯线圈的输出信号空芯线圈的输出信号e e与被测电流与被测电流i i有如下关系：有如下关系：2)2)低功率线圈（低功率线圈（LPCTLPCT）的工作原理与常规）的工作原理与常规CTCT的原理相同，只是的原理相同，只是LPCTLPCT的输出的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。电子式电流互感器原理电子式电流互感器原理电流到电压的转换器。Rsh是LPCT的内装元件P1IpS1RbUsRshNsNpS2P212电压互感器利用电容分压器测量电压。为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。电容分压器的输出信号U0 与被测电压Ui有如下关系：式中C1为高压电容，C2为低压电容。利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换便可求得被测电压。电子式电压互感器原理电子式电压互感器原理13一次电流（电压）传感器一次转换器传输系统二次转换器合并单元A相电子式电流（电压）互感器相电子式电流（电压）互感器相电子式电流（电压）互感器保护、测控IEC60044-8IEC61850-9-1/2电子式互感器的结构及应用框图电子式互感器的结构及应用框图14电子式互感器的构成电子式互感器的构成15电子式互感器远端模块的配置电子式互感器远端模块的配置16有源电子式互感器产品结构有源电子式互感器产品结构17与有源式电子互感器相比，无源式电子互感与有源式电子互感器相比，无源式电子互感器的传感模块利用光学原理，由纯光学器件器的传感模块利用光学原理，由纯光学器件构成，不含有电子电路，其有着有源式无法构成，不含有电子电路，其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能比拟的电磁兼容性能利用光纤传输传感信号利用光纤传输传感信号传感头部分不需电子电路及其电源传感头部分不需电子电路及其电源独立安装的互感器的理想解决方案独立安装的互感器的理想解决方案 FaradayFaraday磁光效应（电流互感器）磁光效应（电流互感器）PockelsPockels电光效应（电压互感器）电光效应（电压互感器）无源电子式互感器无源电子式互感器18FaradayFaraday磁光效应（电流互感器）磁光效应（电流互感器）19PockelsPockels电光效应（电压互感器）电光效应（电压互感器）20无源电子式互感器结构无源电子式互感器结构21关键技术难点关键技术难点光学传感材料的选择光学传感材料的选择传感头的组装技术传感头的组装技术微弱信号检测微弱信号检测温度对精度的影响温度对精度的影响振动对精度的影响振动对精度的影响长期稳定性长期稳定性无源电子式互感器无源电子式互感器22应用电子式互感器需要面对的几个问题应用电子式互感器需要面对的几个问题配置方案配置方案同步采样问题同步采样问题采样数据传送标准采样数据传送标准电子式互感器配置电子式互感器配置23配置方案配置方案配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护拒动误动，也不会导致保护拒动电子式互感器的远端模块和合并单元需要冗余电子式互感器的远端模块和合并单元需要冗余配置配置远端模块中电流需要冗余采样远端模块中电流需要冗余采样合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室或保护小室电子式互感器配置电子式互感器配置24220kV220kV双母线方式双母线方式25GISGIS用电子式电流电压互感器用电子式电流电压互感器电子式互感器应用情况电子式互感器应用情况26电子式互感器应用情况电子式互感器应用情况合并单元合并单元线路保护线路保护2728AISAIS电子式电流电压互感器电子式电流电压互感器29直流电子式互感器直流电子式互感器30无源电子式互感器的应用无源电子式互感器的应用31电子式互感器的校验电子式互感器的校验 被 试ECTP1V1数字帧P2基 准CTP1KrP2S1S2注传 输系统Ip二次转换器基准A/D转换器R1IsRc合并单元求值单元(例如，微机)is(n)iref(n)时钟,eECT标准CT1A/4V合并单元电子式互感器校验仪32智能化开关设备智能化开关设备智能开关设备的定义智能开关设备的定义IEC62063:1999IEC62063:1999具具有有较较高高性性能能的的开开关关设设备备和和控控制制设设备备，配配有有电电子子设设备备、传传感感器器和和执执行行器器，不不仅仅具具有有开开关关设设备备的的基基本本功功能能，还还具具有有附附加加功功能能，尤其在监测和诊断方面尤其在监测和诊断方面在线监视功能在线监视功能智能控制功能智能控制功能数字化的接口数字化的接口电子操动电子操动33智能化开关设备智能化开关设备在线监视功能在线监视功能电、磁、温度、开关机械、机构动作电、磁、温度、开关机械、机构动作状态检修状态检修状态监测状态监测状态评估状态评估检修计划检修计划监测系统的成本、可信度、可靠性监测系统的成本、可信度、可靠性34智能化开关设备智能化开关设备智能控制功能智能控制功能最佳开断最佳开断定相位合闸定相位合闸定相位分闸定相位分闸顺序控制顺序控制35智能化开关设备智能化开关设备数字化的接口数字化的接口位置信息位置信息其它状态信息其它状态信息分合闸命令分合闸命令开关的电子操动开关的电子操动变机械储能为电容储能变机械储能为电容储能变机械传动为变频器通过电机直接驱动变机械传动为变频器通过电机直接驱动机械运动部件减少到一个，可靠性提高机械运动部件减少到一个，可靠性提高电子电路的寿命、可靠性成为关键电子电路的寿命、可靠性成为关键36智能化开关设备智能化开关设备实施方案实施方案利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，提升智能化水平设备，提升智能化水平智能化智能化GISGIS控制柜控制柜+GOOSE+GOOSE网络网络 (室内室内GISGIS站站)智能终端智能终端+GOOSE+GOOSE网络网络 (敞开站敞开站)37方案方案1 1智能化智能化GISGIS汇控柜汇控柜 38基于保护及智能控制柜的变电站基本结构基于保护及智能控制柜的变电站基本结构39智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势1、节约了电缆等设备投资以及相应的施工投资；数字化变电站建设的一个主要现实目标是为了减少变电站内控制电缆的数量，一方面由于原材料的涨价，电缆成本越来越高，一方面，光缆电磁兼容性能远好于电缆，能显著提高变电站内信号传输的可靠性。另外，变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量。2、节约了保护小室及主控室等的占地面积和投资；应用智能化GIS控制柜使得保护控制下放成为可能，从而能够显著减少保护小室和主控室的占地面积，这对一些需要尽量减少变电站土地的城市变电站和地下变电站来说有明显的效益。40智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势3、GIS智能控制柜优化了二次回路和结构；原来由于一次和二次的专业细分，使得原传统汇控柜内的许多功能与保护控制二次中的功能相重复，例如防跳、压力闭锁、三相不一致等等。基于一二次整合的GIS智能控制柜能够有效地取消和简化冗余回路，提高了整个二次回路的可靠性。4、智能控制装置提供了系统的交互性；引入智能控制装置（PCSPCS98219821）以后，友好的中文液晶人机界面以及丰富的自检和就地操作报告功能，使得运行维护人员无论在就地还是远方都能及时了解GIS的运行情况。41智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势5、联调在出厂前完成，现场调试工作量减少；传统方案中，一次设备和二次设备的电缆连接和调试只能到现场后完成，调试周期比较长，新方案中一二次设备联调在厂内完成，到现场后调试工作量极小。能够显著地缩短投运周期。6、一次二次联合设计，减轻了设计院的负担；原来一次和二次设备分别有双方厂家分别出图，中间的电缆信号连接由设计院完成，应用一二次结合的新方案后，由两个厂家联合出图并对图纸的正确性负责。42智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势7、基于通讯和组态软件的联锁功能比传统硬接点联锁方便；智能控制装置能够采集到间隔内所有刀闸位置，且间隔间也有光缆连接，所以可以方便地实现基于软件和通讯的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。8、缩小了与互感器的电气距离，减轻了互感器的负载；新方案下互感器与保护控制设备的电气距离大大缩短，使得互感器的容量选择更为容易，也为小功率互感器（LPCT）的应用创造了条件。43能够在不改变开关现有条件下实现一次设备能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔级设备的数据通信和间隔级设备的数据通信GOOSEGOOSE方式方式(Generic Object Oriented Generic Object Oriented Substation EventSubstation Event)也能解决保护间的屏间连线也能解决保护间的屏间连线针对不同应用场合，成对使用或单独使用针对不同应用场合，成对使用或单独使用可靠性、实时性可靠性、实时性智能终端智能终端PCSPCS222222方案方案2-2-智能终端智能终端44 智能终端及智能终端及GOOSEGOOSE交换机交换机45选相合闸技术的概念选相合闸技术的概念 断路器选相分合闸技术断路器选相分合闸技术(Controlled Swithing(Controlled Swithing，简称简称CS)CS)是指通过一定的手段使断路器动、静触是指通过一定的手段使断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路等电变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路等电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入电力系统的技术。电力系统的技术。CSCS技术能够大大降低分合闸操技术能够大大降低分合闸操作暂态过程中的过电流和过电压，从而提高了电作暂态过程中的过电流和过电压，从而提高了电力设备的寿命和整个电力系统的稳定性。力设备的寿命和整个电力系统的稳定性。46选相合闸的优势选相合闸的优势在国网公司推动研究特高压交直流输电技术的大背景下，特高压电网中的过在国网公司推动研究特高压交直流输电技术的大背景下，特高压电网中的过电压问题更加凸显出来。目前，系统中的断路器在关合瞬时，系统电压和电电压问题更加凸显出来。目前，系统中的断路器在关合瞬时，系统电压和电流的初相角通常都是随机的和不确定的，在关合空载变压器、电容器组、并流的初相角通常都是随机的和不确定的，在关合空载变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路时，常常产生幅值很高的涌流和过电压，这样不仅对系联电抗器和空载线路时，常常产生幅值很高的涌流和过电压，这样不仅对系统中的设备不利，还会影响继电保护的动作行为，减少断路器的电气寿命等。统中的设备不利，还会影响继电保护的动作行为，减少断路器的电气寿命等。断路器选相分合闸装置的应用使得断路器分合闸所造成的涌流和过电压大大断路器选相分合闸装置的应用使得断路器分合闸所造成的涌流和过电压大大降低，有利于整个电网的稳定，从而降低了电力系统的建设和维护费用。降低，有利于整个电网的稳定，从而降低了电力系统的建设和维护费用。断路器选相分合闸装置的应用能够降低分断时断路器触头的电气磨损，减少断路器选相分合闸装置的应用能够降低分断时断路器触头的电气磨损，减少断路器触头重燃的可能性，延长断路器设备的使用寿命和维护周期。另外，断路器触头重燃的可能性，延长断路器设备的使用寿命和维护周期。另外，使得取消断路器分合闸电阻及相关控制设备成为可能，从而能够大大简化断使得取消断路器分合闸电阻及相关控制设备成为可能，从而能够大大简化断路器的内部结构，提高设备可靠性和降低生产成本。路器的内部结构，提高设备可靠性和降低生产成本。对于特高压电网交流系统，断路器选相分合闸装置技术的应用能够显著降低对于特高压电网交流系统，断路器选相分合闸装置技术的应用能够显著降低线路等特高压电力设备的绝缘要求，从而能够简化网架结构和紧凑型线路的线路等特高压电力设备的绝缘要求，从而能够简化网架结构和紧凑型线路的设计。从而对特高压电网的建设有着不可估量的意义。设计。从而对特高压电网的建设有着不可估量的意义。对于特高压电网直流系统，针对滤波器和换流变的断路器选相分合闸技术能对于特高压电网直流系统，针对滤波器和换流变的断路器选相分合闸技术能够有效改善分合闸造成的涌流或电流畸变，消除因此而引起的换相失败。够有效改善分合闸造成的涌流或电流畸变，消除因此而引起的换相失败。47PCS-9830PCS-9830选相合闸装置选相合闸装置 48PCS-9830PCS-9830选相合闸装置选相合闸装置 49 谢谢大家！谢谢大家！