光电数字化变电站探究及应用

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1、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

2、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%

3、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

4、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

5、/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

6、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

7、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