光电传感器在继电保护中的应用

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1、光电传感器在继电保护中的应用班级：1011电子信息工程姓名：叶波学号：2010128196光电传感器在继电保护中的应用摘要:根据电力系统输送容量不断增加、电压等级不断提高的现状分析了传统的互感器对电网进行测量和监控存在的缺陷。选取了目前正处于实用化研究阶段的光电传感器进行研究对电流测量线圈、微分电流传感器线圈进行了特性分析研究了新型光电传感器电量信息传输模式在继电保护设备中的应用。在查阅了国内外文献的基础上介绍了国内外光电传感技术的发展和研究现状论证了应用光电传感器的可行性。通过探讨继电保护系统与光电传感器的模拟和数字2种接口形式指出其应用环

2、境和特点。关键词:光电传感器;电流测量线圈、微分电流传感器线圈;继电保护;接口1可行性研究随着电力工业的发展电力系统的输送容量和电压等级不断提高传统的互感器对电网进行测量和监控存在着许多缺点如绝缘结构日益复杂、体积大、造价高且充油设备存在着易爆和难维护的问题。励磁式电流互感器采用电磁感应原理将一次绕组的大电流转换成二次绕组的小电流。这种电流互感器尽管具有很多优点但是其体积和质量均比较大绝缘负担较重且容易产生铁磁性谐振。尤其是随着电力系统传输容量的增加测量电流不断加大电流互感器铁心饱和而引起的波形畸变、暂态过程的直流分量增大等影响了测量精度的提

3、高。另外随着电压等级的提高和电流的加大输入强电流和输出弱电流之间的电气绝缘和发热等问题也难以解决。目前应用光电传感器的光纤互感器和光纤通讯网构成的光纤发变电站综合自动化系统已成为电力自动化技术最有前景的发展方向之一电力互感器是电力系统中重要的电量测量设备也是实现电力自动化的关键设备。传统的电力互感器(TA、TV)由于尺寸大、质量大、抗干扰差、信息传输容量小等缺陷使得电力系统的安全运行和自动化水平均无法达到要求。新型有源光电传感器可有效克服上述缺陷同时能以数字信号输出取消了大量的二次电缆为电力系统的安全运行、节约成本、高压设备无油化、优化二次设

4、备提供了坚实的基础。利用光学技术、光纤传感技术开发的光电式电压互感器(OVT)和光电式电流互感器(OCT)以及组合式光电互感器(OMU)它们具有传统互感器不可比拟的优点。随着计算机技术、通信技术的迅速发展电力系统的继电保护与控制已基本实现微机化设备体积趋向小型化这也同样要求与继电保护和控制设备接口的外部测量部分小型化和弱电化。传统的保护控制设备由于消耗功率较大要求外部测量设备具备一定的输出功率以驱动保护控制设备的运行。随着微处理机的发展迫切需要有与之相匹配的直接接口的外部测量设备。采用光电传感器其输出的数字测量信号、弱电流/电压能直接与微机型

5、保护控制设备接口满足保护控制测量的要求且基本消除了传统电磁式电流、电压互感器磁饱和的缺点。随着电力系统容量的不断增大和电网运行电压等级的提高对电力系统继电保护的动作速度要求越来越高这就要求互感器具有良好的暂态响应特性能真实、快速地反映一次故障信号使继电保护装置能在暂态过程尚未结束前就正确动作。而存在磁饱和、剩磁等情况的电磁式互感器已无法满足电力系统日益发展的需要。采用光电传感器可以在很大程度上解决上述问题。在光电传感器中高压侧信息是通过由绝缘材料做成的玻璃光纤传输到低电位的其绝缘结构简单造价低。光电传感器不含铁心消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。

6、光电传感器的高压与低压之间只存在光纤联系低压侧没有因开路或短路而产生的危险同时因为没有磁耦合消除了电磁干扰对互感器性能的影响。光电传感器具有很宽的动态范围暂态响应范围大测量精度高。光电传感器的频率响应范围宽而且没有因充油而产生的易燃、易爆等危险。同时光电传感器与继电保护的数字化、微机化和自动化的发展潮流是相适应的。2光电传感器的发展国外光电电流互感器的研究始于20世纪60年代末至70年代初到80年代和90年代初OCT已经开始了产品化研究目前许多大公司已经形成了成套产品。据有关资料统计到1999年底大约有2000多台光电电流互感器挂网试运行。光

7、电电压互感器的研究较光电电流互感器晚大约在20世纪70年代末。70年代中期随着光导纤维的出现光纤传感技术在高压电力系统中的应用研究出现热潮日本、英国和前苏联等国的学者虽曾研制出几种光学电压、电流互感器但却处于精度低、温度稳定性差的困惑中皆未形成实用化产品。80年代后期随着电子技术、计算机技术及光纤传感技术的深入发展光纤传感技术在高压电力系统中的应用研究获得了突破性进展取得了令人瞩目的成果。美国、日本和法国等国家众多的大电气公司先后研制出多种实用型基于电光Pockels效应的OPT样机并在实际高压电站的运行中获得成功。90年代以来光学电力互感器

8、的研究进入实用化阶段。经过20多年的研究国外的光电传感器技术已趋于成熟而且产品化也做得非常好，很多产品都投入了使用。随着光纤传感技术、光纤通信技术的迅速发展光纤技术