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[摘 要]随着智能变电站越来越多的投入使用,使电子互感器被大量应用。本文对数字化变电站中应用电子式互感器給二次设备可靠运行带来的问题进行具体分析。
[关键词]智能变电站 电子式互感器 继电保护
中图分类号:TB7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)07-0227-01
0.引言
随着变电站智能化、网络化、集成化方向的转型发展,变电站重要一次设备受到越来越多的重视。传统的电磁式互感器在随着电力系统容量和传输电压等级增大的过程中呈现出明显的缺陷,如绝缘成本高、铁磁饱和和铁磁谐振、传输干扰、体积大、重量大等问题,同时存在过压或过流冲击、开路高压、短路大电流等安全性问题,给操作维护带来极大不便。与传统式互感器相比,电子式互感器尤其独特的优势。但由于发展时问段,其运行的可靠性和稳定性还没有得到充分验证。尤其是作为继电保护用的电子式互感器,其可靠性和稳定性将
直接制约着电子式互感器在系统内的推广应用。本文旨在分析电子式互感器的应用。
1.传统互感器存在的问题
1.1 电磁式电压互感器存在的问题
电压互感器的工作原理与变压器相似,其工作状态类似于空载状态的变压器,空载时,二次电压与一次电压成正比。因此,电压互感器在运行中二次侧不能短路,避免因短路造成的二次电压迅速下降为零,引起很大的短路电流流过两侧绕组,烧毁或损坏设备。另外,为保证安全电压互感器二次绕组要保证有一个段了直接接地。
1.2 电磁式电流互感器存在的问题
传统电磁式电流互感器的一次绕组串接在电力线路中,二次绕组外接保护、测量装置等。电流电压信息需要依靠一二次绕组之问的电磁耦合从一次侧变换到二次侧。一二次绕组之问及铁芯与绕组之问的绝缘性要非常好,以保证低压设备与高电压的隔离。随着电力系统电压等级的提高,绝缘越来越困难,造价也越来越高。电力系统发生短路时,电磁型电流互感器的铁芯在有很大短路电流流过时易饱和,使得输出的二次电流严重畸变,可能造成保护装置拒动或误动,使事故扩大。
2.电子式互感器的分类及发展现状
电子式互感器由传感器和数据处理单元组成,
可用于测量和监测电流、电压。与传统互感器相比
电子互感器独特优势:(1)电子式互感器无磁饱和现象;(2)动态范围大,额定电流可从儿十安培至数万安培;(3)频率响应宽,可进行暂态、高频大电流的测量;(4)可提供模拟输出或数字输出,适应电力系统网络化、智能化、集成化的发展要求;(5)体积小、重量轻,节约占地面积。电子式互感器根据其是否需要工作电源,可分为有源式和无源式两大类。
2.1 有源电子式互感器
有源式电子互感器不含铁芯,无磁饱和现象和铁磁谐振等问题,可提高各类保护和故障测量的准确性,动态范围大,频带宽,响应快,可进行暂态、高频大电流的测量;电压、电流传输模拟量数字量均可,适应电力系统网络化、智能化、集成化的发展要求;体积小,质量轻,制造成本低。有源式电子互感器主要采用罗柯夫斯基( Rogowski)线圈测量一次大电流,采用电容分压器测量一次高电压,其传感器位于高压端,需要电源为其供电。
2.2 无源式电子互感器
无源电子式互感器分为无源电子式电流互感器和无源电子式电压互感器两种。无源电子式互感器采用光学原理测量电流或电压,特点是不需要向传感头提供电源。
无源电子式电流互感器是根据法拉第磁旋光效应原理和塞格耐克效应原理实现的,即分为磁光玻璃型和全光纤型两种。无源型电子式电压互感器是基于普克尔效应和逆压电效应的光学电压互感器(OVT),它测量品质优良,长期受到世界电力系统界的关注。
相对于有源电子式互感器而言,无源电子式互感器采用光纤等光学材料传感和传输一次电压或电流,绝缘优势明显、动态范围大、结构简单,维护方便;能测量高压直流电流,用于高压、特高压场合效果明显;光纤传输方式明显降低绝缘费用。
3.电子式互感器对继电保护的影响
3.1 电子式互感器影响分析
电子式互感器是数字式继电保护采样值的源头,它发生故障将直接影响到继电保护的安全可靠运行。根据调研的结果,数字化变电站继电保护总计误动8次,其中7次都与电子式互感器异常有关。因此电子式互感器的可靠性较差,无法适应现场恶劣的条件,目前还不具备推广应用的条件。
对于罗氏线圈等有源的电子式互感器,电磁兼容性能及温度特性是其薄弱环节,处理不好将直接影响保护的安全可靠运行。由于GIS设备的电气祸合较紧密,需要关注其电磁兼容问题,特别对隔离开关操作引起的瞬态过电压(VFTO)对远端模块的影响。对于无源的光CT,其高压侧敏感环出现的问题较少,主要有:高频噪声、传变不稳定、内部光纤损坏。除此以外,光CT儿乎所有的问题都集中在前置电气单元上,主要有:光口故障、光源失效、电路板工艺缺陷、保偏光纤损坏。
3.2 合并单元影响分析
在二次系统中,一台合并单元往往为好儿台装置提供采样值,合并单元发生故障将会影响到所有相关的保护,导致保护装置闭锁甚至误动。从调研的结果来看,目前合并单元的软硬件可靠性并不高,大规模推广应用将会给保护系统带来风险。
目前电子式互感器技术还不成熟,不仅可靠性低而且经济性差,大面积推广将严重影响继电保护安全可靠运行。为此,人们对智能化变电站中电子互感器的应用较为谨慎。但为了实现采样值数字化,出现了常规互感器+就地合并单元的模式。常规互感器+合并单元的方式从经济性上来说没有明显的优势。而从运行情况来看合并单元可靠性不高,该模式给保护运行带来了很大的风险。因此不推荐采用“常规互感器+合并单元”的方式实现采样值数字化。
3.3 交换机问题分析
随着智能变电站的推广,网络技术在变电站中得到了全面的推广应用。过程层也采用交换机进行信息转发和交换,过程层交换机主要传输采样值(SMV)报文和GOOSE报文,网络报文流量较常规变电站大大增加。过程层报文传输对可靠性、稳定性和实时性提出了极高的要求。同时,过程层网络用于实现保护、测控装置与智能终端、合并单元信息的传输,网络的异常将直接影响到保护动作的可靠性。因此,交换机技术是否能够完全保证过程层网络的稳定可靠运行,特别是满足继电保护的要求就显得至关重要。
3.4 保护跳闸方式
对于网络跳闸,其优点在于能够简化光纤接线,减少保护光口数量,利于设备散热。但由于增加了交换机这一环节,一旦交换机故障就会引起多台保护失效。目前约四分之一的试点站采用了网络跳闸的方式,从试点的情况来看,网络跳闸的可靠性较高,并未发生由于交换机故障频繁引起保护退出的情况。对于点对点直跳,其优点在于减少了中问环节,不仅能够减少延时,还能够完全摆脱交换机的影响。但其缺点也十分明显:保护装置、合并单元需要配置大量的光口,导致装置发热量大,影响装置寿命;光纤接线数量多,不利于安装、检修。因此,建议可在一定范围(如110kV以下)试点网络跳闸,但对于可靠性要求较高的220kV以上变电站,应坚持点对点的跳闸原则。
3.5 保护采样方式
对于网络采样而言,其优点在于:简化光纤接线,保护、合并单元光口数量,少利于散热。而其缺点在于:依赖外部同步,可靠性无法保证;交换机故障会引起大规模保护退出。在试点站中曾出现过由于对时系统故障影响到保护运行的情况。 对于直采,其优点和缺点与直跳类似,即中问环节少,不受外部时钟和交换机影响,但保护装置、合并单元光口多,发热量大,光纤接线数量多,不利于安装、检修。建议可在一定范围(如110kV以下)试点网络跳闸,但对于可靠性要求较高的220kV以上变电站,应坚持点对点的跳闸原则。
作者简介:
张智强(1985-)男,汉族,助理工程师,河南南阳人,工作岗位:运维检修.
[关键词]智能变电站 电子式互感器 继电保护
中图分类号:TB7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)07-0227-01
0.引言
随着变电站智能化、网络化、集成化方向的转型发展,变电站重要一次设备受到越来越多的重视。传统的电磁式互感器在随着电力系统容量和传输电压等级增大的过程中呈现出明显的缺陷,如绝缘成本高、铁磁饱和和铁磁谐振、传输干扰、体积大、重量大等问题,同时存在过压或过流冲击、开路高压、短路大电流等安全性问题,给操作维护带来极大不便。与传统式互感器相比,电子式互感器尤其独特的优势。但由于发展时问段,其运行的可靠性和稳定性还没有得到充分验证。尤其是作为继电保护用的电子式互感器,其可靠性和稳定性将
直接制约着电子式互感器在系统内的推广应用。本文旨在分析电子式互感器的应用。
1.传统互感器存在的问题
1.1 电磁式电压互感器存在的问题
电压互感器的工作原理与变压器相似,其工作状态类似于空载状态的变压器,空载时,二次电压与一次电压成正比。因此,电压互感器在运行中二次侧不能短路,避免因短路造成的二次电压迅速下降为零,引起很大的短路电流流过两侧绕组,烧毁或损坏设备。另外,为保证安全电压互感器二次绕组要保证有一个段了直接接地。
1.2 电磁式电流互感器存在的问题
传统电磁式电流互感器的一次绕组串接在电力线路中,二次绕组外接保护、测量装置等。电流电压信息需要依靠一二次绕组之问的电磁耦合从一次侧变换到二次侧。一二次绕组之问及铁芯与绕组之问的绝缘性要非常好,以保证低压设备与高电压的隔离。随着电力系统电压等级的提高,绝缘越来越困难,造价也越来越高。电力系统发生短路时,电磁型电流互感器的铁芯在有很大短路电流流过时易饱和,使得输出的二次电流严重畸变,可能造成保护装置拒动或误动,使事故扩大。
2.电子式互感器的分类及发展现状
电子式互感器由传感器和数据处理单元组成,
可用于测量和监测电流、电压。与传统互感器相比
电子互感器独特优势:(1)电子式互感器无磁饱和现象;(2)动态范围大,额定电流可从儿十安培至数万安培;(3)频率响应宽,可进行暂态、高频大电流的测量;(4)可提供模拟输出或数字输出,适应电力系统网络化、智能化、集成化的发展要求;(5)体积小、重量轻,节约占地面积。电子式互感器根据其是否需要工作电源,可分为有源式和无源式两大类。
2.1 有源电子式互感器
有源式电子互感器不含铁芯,无磁饱和现象和铁磁谐振等问题,可提高各类保护和故障测量的准确性,动态范围大,频带宽,响应快,可进行暂态、高频大电流的测量;电压、电流传输模拟量数字量均可,适应电力系统网络化、智能化、集成化的发展要求;体积小,质量轻,制造成本低。有源式电子互感器主要采用罗柯夫斯基( Rogowski)线圈测量一次大电流,采用电容分压器测量一次高电压,其传感器位于高压端,需要电源为其供电。
2.2 无源式电子互感器
无源电子式互感器分为无源电子式电流互感器和无源电子式电压互感器两种。无源电子式互感器采用光学原理测量电流或电压,特点是不需要向传感头提供电源。
无源电子式电流互感器是根据法拉第磁旋光效应原理和塞格耐克效应原理实现的,即分为磁光玻璃型和全光纤型两种。无源型电子式电压互感器是基于普克尔效应和逆压电效应的光学电压互感器(OVT),它测量品质优良,长期受到世界电力系统界的关注。
相对于有源电子式互感器而言,无源电子式互感器采用光纤等光学材料传感和传输一次电压或电流,绝缘优势明显、动态范围大、结构简单,维护方便;能测量高压直流电流,用于高压、特高压场合效果明显;光纤传输方式明显降低绝缘费用。
3.电子式互感器对继电保护的影响
3.1 电子式互感器影响分析
电子式互感器是数字式继电保护采样值的源头,它发生故障将直接影响到继电保护的安全可靠运行。根据调研的结果,数字化变电站继电保护总计误动8次,其中7次都与电子式互感器异常有关。因此电子式互感器的可靠性较差,无法适应现场恶劣的条件,目前还不具备推广应用的条件。
对于罗氏线圈等有源的电子式互感器,电磁兼容性能及温度特性是其薄弱环节,处理不好将直接影响保护的安全可靠运行。由于GIS设备的电气祸合较紧密,需要关注其电磁兼容问题,特别对隔离开关操作引起的瞬态过电压(VFTO)对远端模块的影响。对于无源的光CT,其高压侧敏感环出现的问题较少,主要有:高频噪声、传变不稳定、内部光纤损坏。除此以外,光CT儿乎所有的问题都集中在前置电气单元上,主要有:光口故障、光源失效、电路板工艺缺陷、保偏光纤损坏。
3.2 合并单元影响分析
在二次系统中,一台合并单元往往为好儿台装置提供采样值,合并单元发生故障将会影响到所有相关的保护,导致保护装置闭锁甚至误动。从调研的结果来看,目前合并单元的软硬件可靠性并不高,大规模推广应用将会给保护系统带来风险。
目前电子式互感器技术还不成熟,不仅可靠性低而且经济性差,大面积推广将严重影响继电保护安全可靠运行。为此,人们对智能化变电站中电子互感器的应用较为谨慎。但为了实现采样值数字化,出现了常规互感器+就地合并单元的模式。常规互感器+合并单元的方式从经济性上来说没有明显的优势。而从运行情况来看合并单元可靠性不高,该模式给保护运行带来了很大的风险。因此不推荐采用“常规互感器+合并单元”的方式实现采样值数字化。
3.3 交换机问题分析
随着智能变电站的推广,网络技术在变电站中得到了全面的推广应用。过程层也采用交换机进行信息转发和交换,过程层交换机主要传输采样值(SMV)报文和GOOSE报文,网络报文流量较常规变电站大大增加。过程层报文传输对可靠性、稳定性和实时性提出了极高的要求。同时,过程层网络用于实现保护、测控装置与智能终端、合并单元信息的传输,网络的异常将直接影响到保护动作的可靠性。因此,交换机技术是否能够完全保证过程层网络的稳定可靠运行,特别是满足继电保护的要求就显得至关重要。
3.4 保护跳闸方式
对于网络跳闸,其优点在于能够简化光纤接线,减少保护光口数量,利于设备散热。但由于增加了交换机这一环节,一旦交换机故障就会引起多台保护失效。目前约四分之一的试点站采用了网络跳闸的方式,从试点的情况来看,网络跳闸的可靠性较高,并未发生由于交换机故障频繁引起保护退出的情况。对于点对点直跳,其优点在于减少了中问环节,不仅能够减少延时,还能够完全摆脱交换机的影响。但其缺点也十分明显:保护装置、合并单元需要配置大量的光口,导致装置发热量大,影响装置寿命;光纤接线数量多,不利于安装、检修。因此,建议可在一定范围(如110kV以下)试点网络跳闸,但对于可靠性要求较高的220kV以上变电站,应坚持点对点的跳闸原则。
3.5 保护采样方式
对于网络采样而言,其优点在于:简化光纤接线,保护、合并单元光口数量,少利于散热。而其缺点在于:依赖外部同步,可靠性无法保证;交换机故障会引起大规模保护退出。在试点站中曾出现过由于对时系统故障影响到保护运行的情况。 对于直采,其优点和缺点与直跳类似,即中问环节少,不受外部时钟和交换机影响,但保护装置、合并单元光口多,发热量大,光纤接线数量多,不利于安装、检修。建议可在一定范围(如110kV以下)试点网络跳闸,但对于可靠性要求较高的220kV以上变电站,应坚持点对点的跳闸原则。
作者简介:
张智强(1985-)男,汉族,助理工程师,河南南阳人,工作岗位:运维检修.