電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用

電子式互感器在智能變電站中的應(yīng)用

0智能變電站應(yīng)用電子式傳感技術(shù)的實現(xiàn)途徑智能區(qū)塊需要實現(xiàn)全球信息的標準化、通信平臺的網(wǎng)絡(luò)化和信息共享的標準化。電子式互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)范圍大、無磁飽和且以數(shù)字量方式輸出數(shù)據(jù),很好地適應(yīng)了智能變電站的發(fā)展需求。在智能變電站技術(shù)發(fā)展的推動下,2008年以來電子式互感器技術(shù)取得了快速發(fā)展,電子式互感器在我國已有小批量應(yīng)用。本文對智能變電站現(xiàn)階段應(yīng)用的各類有源電子式互感器(本文簡稱為電子式互感器)進行了簡要介紹,包括GIS電子式互感器、AIS電子式互感器及隔離斷路器電子式電流互感器。對電子式互感器工程應(yīng)用中暴露的主要問題進行了分析,對電子式互感器工程應(yīng)用中需要關(guān)注的重點問題及提高電子式互感器應(yīng)用可靠性措施進行了討論。1gis電子式整體結(jié)構(gòu)GIS電子式互感器是與氣體絕緣全封閉組合電器(簡稱GIS)配套使用的電子式互感器。國內(nèi)目前能夠提供GIS電子式互感器產(chǎn)品的廠家有近10個。2008年以來500kV及以下電壓等級的GIS電子式互感器在我國多數(shù)省市的智能變電站已有小范圍工程應(yīng)用,如陜西戶縣330kV智能站、青島午山220kV智能站等。GIS電子式互感器通常由互感器殼體、電流傳感器(LPCT和空芯線圈)、電壓傳感器(同軸電容分壓器)及遠端模塊等部分構(gòu)成,如圖1所示。電流傳感器嵌在接地殼體內(nèi),感應(yīng)流過一次導(dǎo)桿中的被測電流,一次導(dǎo)桿、同軸電容環(huán)和接地外殼構(gòu)成電壓傳感器,感應(yīng)一次導(dǎo)桿上的被測電壓,高低壓間以SF6氣體絕緣。220kV及以上電壓等級的GIS電子式互感器通常為單相結(jié)構(gòu),空芯線圈、LPCT、同軸電容分壓器及遠端模塊可根據(jù)工程需求進行雙重化冗余配置。110kVGIS電子式互感器通常為三相共箱結(jié)構(gòu),空芯線圈及遠端模塊可根據(jù)工程需求實現(xiàn)雙重化冗余配置,但LPCT及同軸電容分壓器受結(jié)構(gòu)體積限制一般不易實現(xiàn)雙重化配置。因電流傳感器及電壓傳感器的輸出信號較弱(通常小于1V),易受干擾,因此遠端模塊應(yīng)靠近電流傳感器及電壓傳感器布置,且要采取相應(yīng)的抗干擾措施,否則GIS電子式互感器的輸出信號易受電磁干擾影響。遠端模塊通常置于互感器殼體上的密封屏蔽箱體內(nèi),就近處理電流傳感器及電壓傳感器輸出信號。2遠端模塊工作電源的實現(xiàn)AIS電子式互感器用于敞開式變電站,獨立安裝。圖2所示是AIS電子式電流電壓組合互感器示意圖。AIS電子式電流電壓組合互感器通常由一次電流傳感器(空芯線圈及LPCT)、一次電壓傳感器(電容分壓器)、遠端模塊及合并單元等部件組成。遠端模塊位于高壓端,其工作電源需采用絕緣供能方式進行解決,實際產(chǎn)品通常采用激光供能及線路取能相結(jié)合的方式為遠端模塊提供工作電源。當一次導(dǎo)體無電流或電流較小時,遠端模塊的工作電源由激光供能提供,當一次電流較大時,遠端模塊的工作電源由線路取能提供,兩種供能方式應(yīng)能實現(xiàn)無縫切換。對于AIS電子式互感器,空芯線圈、LPCT、取能線圈及遠端模塊均可根據(jù)工程要求實現(xiàn)雙重化冗余配置,但電容分壓器只能單配,遠端模塊雙配時,電容分壓器的輸出信號同時送給兩個遠端模塊分別處理。AIS電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)與電流電壓組合互感器的結(jié)構(gòu)基本類似,只是無電容分壓器,主絕緣由光纖復(fù)合絕緣子保證。AIS電子式電壓互感器的遠端模塊通常設(shè)計在低壓端,分壓器的分壓信號從低壓端引出,遠端模塊的工作電源由站內(nèi)220V直流電源提供。3隔離巷道電子式電流廣應(yīng)用隔離斷路器是具有隔離開關(guān)功能的斷路器。在AIS變電站用隔離斷路器取代斷路器及隔離開關(guān),可以使變電站的占地面積減小40%以上,同時可以顯著減少設(shè)備的維護工作量以及因設(shè)備維護造成的停電時間,提高變電站的利用率。我國首個采用隔離斷路器的新一代智能化變電站已于2013年底建成投運。隔離斷路器電子式電流互感器與隔離斷路器集成為一體,可進一步減小變電站的占地面積,圖3所示是隔離斷路器電子式電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。隨著隔離斷路器的推廣應(yīng)用,隔離斷路器電子式電流互感器將會有很好的應(yīng)用前景。空芯線圈、LPCT、取能線圈及遠端模塊均位于高壓端,遠端模塊的工作電源由激光供能與線路取能相結(jié)合的方式提供,遠端模塊的供能光纖及數(shù)據(jù)光纖通過懸式光纖絕緣子及光纜連接至控制室合并單元。4電子式整體廣度下將出現(xiàn)較多的故障電子式互感器應(yīng)用初期,由于各廠家對電子式互感器關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵工藝的認識不同,有的廠家對電子式互感器相關(guān)技術(shù)積累較多,而有的廠家技術(shù)基礎(chǔ)較弱,不同廠家的產(chǎn)品技術(shù)及質(zhì)量差異較大,導(dǎo)致電子式互感器應(yīng)用初期出現(xiàn)較多問題,運行故障率較高。據(jù)統(tǒng)計,截止2011年底,國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)投運的110kV(66kV)及以上電壓等級的電子式互感器共發(fā)生故障189臺次,主要故障類型為采集器故障、光纖故障、絕緣問題、數(shù)據(jù)異常及電磁干擾影響等。下面對前幾年電子式互感器工程應(yīng)用中出現(xiàn)的幾類典型問題進行簡要分析。4.1電子式整體方向保護應(yīng)用初期,多數(shù)廠家的GIS電子式互感器產(chǎn)品在工程應(yīng)用中均出現(xiàn)了開關(guān)操作引起電子式互感器輸出異常導(dǎo)致保護誤動問題,其中陜西戶縣變和福州先農(nóng)變因中標電子式互感器廠家產(chǎn)品的干擾問題始終得不到解決,最后不得不更換其他廠家電子式互感器產(chǎn)品才使工程得以投運。由前期運行的電子式互感器問題分析,隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的快速暫態(tài)過電壓(VFTO)對電子式互感器正常工作易產(chǎn)生較大影響,此問題多出現(xiàn)于GIS電子式互感器,AIS電子式互感器較少出現(xiàn),VFTO通常會引起電子式互感器出現(xiàn)數(shù)據(jù)無效、單點或多點采樣大數(shù)、拖尾等現(xiàn)象,嚴重的會導(dǎo)致采集器硬件損傷,不同廠家的電子式互感器產(chǎn)品由于采用的技術(shù)不同,抗VFTO影響的能力也有很大差異,有些廠家的產(chǎn)品抗VFTO的能力較差,現(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)由VFTO導(dǎo)致產(chǎn)品不能正常運行現(xiàn)象,也有廠家的電子式互感器產(chǎn)品針對VFTO影響采取了相應(yīng)措施,運行效果較好。現(xiàn)階段,IEC標準及相應(yīng)國標均沒有相應(yīng)的試驗項目檢驗開關(guān)操作對電子式互感器的影響試驗,因此,很多產(chǎn)品雖然通過了包括電磁兼容在內(nèi)的全套型式試驗,但現(xiàn)場運行依然會存在VFTO影響問題。國家電網(wǎng)公司組織的電子式互感器性能檢測試驗中增加了開關(guān)操作對電子式互感器的影響試驗項目,試驗回路如圖4所示。試驗回路中S是試驗電源、C1和C2是負載電容、DT是隔離開關(guān)、CT和PT分別是被試電子式電流互感器及電子式電壓互感器。開關(guān)操作對電子式互感器的影響驗證試驗在很大程度上模擬了現(xiàn)場情況,性能檢測試驗中很多廠家的電子式互感器未能順利通過開關(guān)操作影響試驗,部分廠家的產(chǎn)品整改后通過了開關(guān)操作影響試驗。4.2激光供能異常問題AIS電子式電流互感器及電流電壓組合互感器的遠端模塊位于高壓端,需要采用激光為遠端模塊提供工作電源。采用激光供能的AIS電子式互感器現(xiàn)場運行中出現(xiàn)過多次激光供能異常問題,導(dǎo)致激光供能異常的主要原因有3類:光纖受壓或彎曲半徑偏小導(dǎo)致光纖損耗增加、光纖頭污染、激光器失效,其中約90%的激光供能異常問題是由于光纖損耗增大及光纖頭污染引起的。光纖損耗增大及光纖頭污染均會導(dǎo)致激光能量損耗增加,激光器的驅(qū)動電流相應(yīng)增大,激光器驅(qū)動電流增大會降低激光器壽命,驅(qū)動電流增大到一定程度會導(dǎo)致激光器自動關(guān)閉。4.3遠端積分變換控制不少廠家的電子式互感器產(chǎn)品在前期運行中出現(xiàn)過零漂偏大及暫態(tài)過程后長時間拖尾問題,造成零漂偏大及拖尾問題的主要原因是采集器對空芯線圈輸出信號的積分環(huán)節(jié)處理不當引起的。空芯線圈的輸出信號是被測電流的微分,需要遠端模塊對其進行積分變換,積分可采用硬件積分也可采用軟件積分,積分環(huán)節(jié)處理不好便會造成零漂偏大、暫態(tài)特性不合格且伴隨有拖尾問題。為解決零漂及拖尾問題,同時提高電子式電流互感器的測量精度,目前的主流方案是電子式電流互感器采用空芯線圈及硬件積分技術(shù)實現(xiàn)對保護用電流的測量,采用LPCT實現(xiàn)對用電流的測量,這樣可使電子式電流互感器具有較高的測量準確度、較大的動態(tài)范圍及較好的暫態(tài)特性。4.4電子式傳感性能檢測采集器故障問題多出現(xiàn)于二次技術(shù)積累相對較弱的電子式互感器廠家產(chǎn)品。電子式互感器要求在戶外能夠長期可靠運行,對采集器的設(shè)計、器件選型及抗干擾處理要求較高,處理不當便會造成采集器運行不可靠。2011年底,為加強電子式互感器質(zhì)量管控,提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能,促進電子式互感器的工程應(yīng)用,國家電網(wǎng)公司組織開展了電子式互感器性能檢測工作。2011年進行的首批電子式互感器性能檢測試驗中,共有24個電子式互感器生產(chǎn)廠家參加,參試產(chǎn)品41臺,測試結(jié)果只有4臺產(chǎn)品通過了性能檢測(2臺電子式電流互感器、1臺電子式電壓互感器、1臺光學(xué)電壓互感器)。近兩年,電子式互感器有關(guān)廠家加強了產(chǎn)品技術(shù)及工藝改進,產(chǎn)品技術(shù)水平及質(zhì)量有了明顯提高,截至2013年7月31日,通過性能檢測的電子式互感器產(chǎn)品共計有29種型號,其中,有源(低功率線圈及羅氏線圈型)電子式電流互感器15種,無源(光學(xué))電子式電流互感器1種,有源(電容分壓型)電子式電壓互感器12種,無源(光學(xué))電子式電壓互感器1種。5影響電子式公司表現(xiàn)的主要因素電子式互感器的推廣應(yīng)用關(guān)鍵要提高產(chǎn)品的可靠性,下面對提高電子式互感器工程應(yīng)用可靠性措施提出幾點建議。(1)完善測試標準,特別是對現(xiàn)場運行中易出現(xiàn)問題的項目應(yīng)有相應(yīng)的測試標準。IEC60044-7/8及GB/T20840.7/8是電子式互感器試驗依據(jù)的標準,但標準中對于電子式互感器的電磁兼容檢測試驗項目未能涵蓋開關(guān)操作對電子式互感器的干擾影響,即按照IEC60044-8及GB/T20840.7/8標準通過試驗的產(chǎn)品在實際運行中還是可能出現(xiàn)由開關(guān)操作引起的干擾問題。為此,有必要進一步研究檢測開關(guān)操作對電子式互感器影響的通用試驗方法、試驗參數(shù)及試驗設(shè)備,并將其納入測試標準中。(2)引導(dǎo)廠家加強對產(chǎn)品的技術(shù)及工藝研究,提高產(chǎn)品質(zhì)量。近年來的運行表明,電子式互感器的技術(shù)水平基本可以滿足工程應(yīng)用需求,具體到產(chǎn)品還是要看各廠家的技術(shù)細節(jié)及生產(chǎn)過程的質(zhì)量把控。目前電子式互感器現(xiàn)場出現(xiàn)的部分問題與產(chǎn)品生產(chǎn)過程的工藝有很大關(guān)系,這些問題雖不是關(guān)鍵技術(shù)問題,但廠家應(yīng)給與足夠重視。(3)加強入網(wǎng)測試,避免不合格產(chǎn)品用于工程。前幾年,對電子式互感器的入網(wǎng)測試不嚴,部分不合格產(chǎn)品用于工程,導(dǎo)致電子式互感器在實際應(yīng)用中出現(xiàn)不少問題,嚴重影響了電子式互感器的行業(yè)發(fā)展。為提高電子式互感器的運行可靠性,必須加強入網(wǎng)測試試驗,只有通過入網(wǎng)測試試驗且具備規(guī)?；a(chǎn)條件的廠家產(chǎn)品才允許進入系統(tǒng)運行。(4)完善現(xiàn)場試驗規(guī)范,強化現(xiàn)場試驗。電子式互感器是新興產(chǎn)品,應(yīng)加強電子式互感器的現(xiàn)場試驗,包括投運前的測試試驗及投運后的定期檢測試驗,避免不合格產(chǎn)品用于工程,及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題,這樣不僅能保證運行產(chǎn)品的質(zhì)量,而且能推動電子式互感器產(chǎn)品生產(chǎn)廠家不斷改進產(chǎn)品技術(shù)及工藝,提高電子式互感器產(chǎn)品長期運行的可靠性。從目前工程情況來看,現(xiàn)在電子式互感器現(xiàn)場交接試驗和定檢試驗缺乏相應(yīng)的規(guī)范,不少已投運的電子式互感器工程其互感器現(xiàn)場試驗完全由廠家做,用戶參與較少。電子式互感器的定檢也基本未開展。(5)從試點應(yīng)用逐步推廣。從近幾年性能測試及運行情況分析,電子式互感器已基本具備工程應(yīng)用條件,可以逐步推廣,可以先在110kV及220kV電壓等級范圍內(nèi)應(yīng)用,逐步擴大應(yīng)用范圍,但應(yīng)優(yōu)先采用通過性能測試且具有較好運行業(yè)績的廠家產(chǎn)品,帶動電子式互感器行業(yè)持續(xù)發(fā)展,鼓勵更多廠家參與電子式互感器的生產(chǎn)及應(yīng)用。電子式互感器