NAE-G系列全光纖電流互感器介紹V6.1解讀

1、NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器應(yīng)用與校驗(yàn)?zāi)夸? NAE-GL 系列產(chǎn)品的總體方案 11.1 總體方案 11.2 全光纖電子式互感器應(yīng)用功能與連接 21.3 NAE-G 系列產(chǎn)品的型號選擇 42 NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器 52.1概要 52.2基本工作原理 82.3 技術(shù)分析 92.4 同類產(chǎn)品的比較 102.5 產(chǎn)品組成環(huán)節(jié) 112.6 主要技術(shù)參數(shù) 152.8實(shí)際應(yīng)用 15NAE-GL系列產(chǎn)品的總體方案1.1總體方案對于數(shù)字化變電站過程層的傳感設(shè)備主要包括三個部分內(nèi)容：電子式電流互感器，電子式電壓互感器和合并單元，如圖1.1所示。而對于電子式電流、電壓互感器而言也分別

2、包括了傳感部分和電氣部 分。目前市場上電子式電流互感器產(chǎn)品主要有低功耗線圈實(shí)現(xiàn)的電 子式電流互感器（LPCT）、用羅氏線圈來實(shí)現(xiàn)的有源型電子式電流互 感器、磁光玻璃實(shí)現(xiàn)的電子式電流互感器以及基于全光纖的電子式電 流互感器等幾類，都有一些實(shí)際運(yùn)行或掛網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)；電子式電壓互感 器的產(chǎn)品主要有電容分壓式電子互感器，電感變壓式電子互感器兩 類，工程化過程中也有一些實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。圖1.1過程層傳感設(shè)備功能塊框圖1.2 全光纖電子式互感器應(yīng)用功能與連接圖 1.2 示出了過程層傳感設(shè)備應(yīng)用功能與連接示意圖。 可以看出， 電流光纖敏感環(huán)通過光纖與電流電氣單元相連接，電壓敏感源通過屏 蔽電纜（對電容分壓式電子

3、互感器而言）或光纜（對光晶體作為敏感 源而言）與電壓電氣單元相連。電氣單元一方面接受來自合并單元的 同步時鐘信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，另一方面將測定的數(shù)據(jù)傳送到合并單 元中。電氣單元還留有通訊接口，用于同當(dāng)?shù)氐氖殖烛?yàn)證終端進(jìn)行信 息交換，用來查驗(yàn)電流、電壓的數(shù)值等數(shù)據(jù)。合并單元接受來自外部 的時鐘對時信號，也發(fā)出多路時鐘同步信號用于電氣單元內(nèi)數(shù)據(jù)同 步；合并單元接受來自多路電氣單元的數(shù)據(jù)，處理后輸出多路數(shù)據(jù)信 號用于相關(guān)的保護(hù)和測量等使用。柑和電a?比r 呷Mnina i*氣工o M05P薊L*V4t4 I H.ii理X*啤皓K#FiV|MH毛護(hù)il圖1.2過程層傳感設(shè)備應(yīng)用功能與連接示意圖1.3

4、NAE-G系列產(chǎn)品的型號選擇1.3.1型號選擇*E - 132訂貨須知訂貨時，除了上述型號選擇的信息外，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下的信息。走一呦電蒸電氣單軽勺臺井單壷的挖薦Q55P10豳【g丨| 觀U I I迪。丨I安軽方云輩我簡單描述相應(yīng)準(zhǔn)躊緇和準(zhǔn)陽曙眼値2 NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器2.1 概要由國電南瑞科技股份有限公司（以下簡稱“國電南瑞” ）、北京航 天時代光電科技有限公司（隸屬于中國航天九院，以下簡稱“航天時 代”）聯(lián)合成立的南瑞航天（北京）電氣控制技術(shù)有限公司（以下簡 稱“南瑞航天”）作為國電南瑞光學(xué)技術(shù)的科研開發(fā)基地，在光纖陀 螺技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的研發(fā)和技術(shù)積累，成功開發(fā)

5、出全光纖電 子式互感器，取得了多項科技成果。國電南瑞是航天時代和南瑞航天 唯一授權(quán)進(jìn)行光學(xué)電子式互感器的科研生產(chǎn)、工程設(shè)計與技術(shù)實(shí)施的 單位，具有整套智能變電站的解決方案，可以為用戶提供“交鑰匙工 程”，具有強(qiáng)大的開發(fā)、市場、工程實(shí)力。NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器采用了國際主流技術(shù) （全 光纖光路加閉環(huán)控制技術(shù)） ，完全克服了以往電子式電流互感器（比 如 Rogowski 線圈和磁光玻璃式互感器） 的缺點(diǎn)， 使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性、 可靠性、安全性和免維護(hù)壽命得到很大提高。 NAE-GL 系列全光纖電 子式電流互感器已通過江蘇省科技成果鑒定，技術(shù)成果“技術(shù)先進(jìn)、 性能穩(wěn)定可靠、填補(bǔ)國內(nèi)多

6、項技術(shù)空白，達(dá)到國際領(lǐng)先水平” 。NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器是集保護(hù)、 計量為一體的 高性能、高精度的電子互感器。具有安全性能好，測量動態(tài)范圍大、 頻率響應(yīng)度咼、體積小、重量輕等特點(diǎn)。保護(hù)用的級別可達(dá)1P50 （最 大 150kA )，測量級別為 0.2s 級，性能指標(biāo)完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)( IEC60044-8 )和國家標(biāo)準(zhǔn)( GB/T 20840.8 )，可以廣泛用于數(shù)字化 變電站中的繼電保護(hù)裝置、監(jiān)控測量裝置、計量設(shè)備及故障錄波裝置 及其他類似裝置的數(shù)據(jù)采集，并滿足相關(guān)設(shè)備對數(shù)據(jù)采集的各項需 求。2.1.1 特點(diǎn)NAE-GL 系列全光纖電子式互感器具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)： 測量精度

7、高：全光纖電子式互感器每相只有一個敏感環(huán)，同 時滿足計量精度和保護(hù)應(yīng)用， 計量精度滿足 0.2s 準(zhǔn)確級要求， 保護(hù)精度遠(yuǎn)優(yōu)于 5P；寬動態(tài)范圍：可在1%200%額定電流范圍內(nèi)滿足計量精度，在到 150kA 范圍內(nèi)滿足保護(hù)精度要求；高帶寬：帶寬可達(dá)10kHz，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的暫態(tài)電流測量、 電能質(zhì)量分析、故障錄波等； 絕緣方式簡單：一次側(cè)與二次側(cè)的信號傳遞依靠光纖，絕緣 易于實(shí)現(xiàn)，且在電壓等級越高的應(yīng)用場合，優(yōu)勢也越明顯； 敏感環(huán)安裝方式靈活：電流敏感環(huán)安裝的連接方式有多種選 擇，除采用傳統(tǒng)匯流排的方式外還可采用無接觸穿心式，無 附加動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定問題； 抗環(huán)境電磁干擾能力強(qiáng)：電流敏感環(huán)具有很強(qiáng)

8、的抗電磁干擾 能力，其偏心安裝、金屬套筒外安裝等方式均不影響使用精度；安全性高、 綠色環(huán)保： 全光纖電子式互感器無二次開路危險、 無爆炸危險，節(jié)省金屬材料，運(yùn)輸成本低，占地面積少，安 裝維護(hù)簡單。2.1.2 主要業(yè)績（截止 2009 年 6 月）淮北電廠 110kV 出線間隔試驗(yàn)工程（ 31 相，獨(dú)立支柱式）上海 220kV 南匯變電站工程科研試驗(yàn)項目 （31 相，獨(dú)立支 柱式）內(nèi)蒙赤峰 220 kV 元寶變電站工程 （3 相，獨(dú)立式與隔離開關(guān)一體化）上海 110kV 封周變電站工程（ 18 相， GIS 內(nèi)安裝）上海 110kV 蒙自變電站工程（ 27 相， GIS 內(nèi)安裝）貴陽 220kV

9、 金陽變電站工程科研試驗(yàn)項目（ 3 相，獨(dú)立支柱式）貴陽 110kV 沙河變電站工程（ 6 相， GIS 內(nèi)安裝）華東 500kV 蘇州東數(shù)字化間隔（ 6 相，獨(dú)立支柱式）2.2 基本工作原理光纖偏振器光源圖2.1 NAE GL系列全光纖電子式電流互感器工作原理NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器利用的是磁光法拉第（Faraday）效應(yīng)，其基本的工作過程如下（參見圖2.1）:光源發(fā)出的光被分成兩束物理性能不同光，并沿光纜向上傳播（見紅、綠箭頭）； 在匯流排處，兩光波經(jīng)反射鏡的反射并發(fā)生交換，最終回到光電探測 器處并發(fā)生相干疊加；當(dāng)通電導(dǎo)體中無電流時，兩光波的相對傳播速 度保持不變，即物理學(xué)上

10、所說的沒有出現(xiàn)相位差（圖 2.2a）；而通上 電流后，在通電導(dǎo)體周圍的磁場作用下，兩束光波的傳播速度發(fā)生相 對變化，即出現(xiàn)了相位差（圖 2.2b），最終表現(xiàn)的是探測器處疊加的 光強(qiáng)發(fā)生了變化，通過測量光強(qiáng)的大小，即可測出對應(yīng)的電流大小。圖2.2兩偏振光相干疊加示意圖2.3技術(shù)分析在磁光法拉第效應(yīng)的基礎(chǔ)上，NAE-GL系列全光纖電子式電流互 感器綜合利用了光纖傳感技術(shù)和閉環(huán)控制技術(shù)，很好的克服了其他電 子式電流互感器的缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)為： 2.3.1閉環(huán)控制（負(fù)反饋）技術(shù)擴(kuò)大了準(zhǔn)確度下的動態(tài)范圍對于采用Rogowski線圈和磁光玻璃等電子式電流互感器而言， 都是采用的開環(huán)控制技術(shù)，這在準(zhǔn)確度和動態(tài)

11、范圍的穩(wěn)定性方面從原 理上來說就有一定的局限性，所以要達(dá)到高性能的要求還是需要進(jìn)一 步研究的。而NAE-GL系列的全光纖電子式電流互感器采用的是基于 全數(shù)字閉環(huán)控制技術(shù)，對各種可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行校正，真正達(dá)到一 個完善的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，從原理和實(shí)現(xiàn)的手段上保證了電子互感器 的精度和動態(tài)范圍。2.3.2共光路、差動信號解調(diào)方式提高了抗干擾能力對于磁光玻璃式電子式電流互感器而言， 光信號輸入端和輸出端 不在同一點(diǎn)，走的路徑是一個單向路徑，當(dāng)受到來自外界的溫度變化， 振動以及電磁場輻射等因素的干擾，單向路徑受干擾源的影響就可能 會產(chǎn)生同向誤差，使得產(chǎn)品的精度出現(xiàn)不穩(wěn)定性，也影響了產(chǎn)品的實(shí) 際使用效果

12、。而對于NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器而言， 光 信號輸入輸出端在同一點(diǎn)，采用同一個光路，即使來自外界的溫度變 化，振動以及電磁場輻射等因素的干擾，同一光路路徑受干擾源的影 響出現(xiàn)的誤差也會互相抵消，從而提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。233全光纖結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的可靠性NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器中敏感元件和傳輸元件 都為光纖，可以熔融連接，不受外界環(huán)境溫度的影響，真正做到了敏 感元件的長期穩(wěn)定性和免維護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。2.4 同類產(chǎn)品的比較下表2.1列出了各類型電流互感器在幾個方面的表現(xiàn)差異。表2.1不同電流互感器特點(diǎn)比較項目電磁式互感器電子式光電混合式光學(xué)式磁光玻璃式全光纖式測

13、量原理電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng)敏感元件電磁線圈空心線圈光學(xué)玻璃光纖能否測直流否否可測可測，且精度高抗電磁干擾好差好好安全性能差好好好是否有源無有1無2無安裝靈活性差差差好注1 :羅式線圈電流互感器在 GIS應(yīng)用中可以采用無源方式。注2 :磁光玻璃與LPCT組合式為有源方式2.5 產(chǎn)品組成環(huán)節(jié)NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器產(chǎn)品主要有光纖敏感環(huán)，連接光纜及其護(hù)套或絕緣子、電氣單元組成。下圖2.3為在GIS中應(yīng)用的示意圖。圖2.3 GIS集成方式全光纖電子式電流互感器組成示意圖2.5.1 敏感環(huán)光纖電流互感器敏感環(huán)主要有2種結(jié)構(gòu)形式，分別用于GIS方式及其他應(yīng)用場合，兩種結(jié)構(gòu)分別

14、見圖2.4和圖2.5，所對應(yīng)的產(chǎn)品 型譜見表2.2圖2.4 NAE-GLXXXG系列產(chǎn)品敏感環(huán)表2.2全光纖互感器敏感環(huán)型譜表型號外徑D1 (mm)內(nèi)徑D ( mm)厚度H ( mm)重量W (kg)NAE-GL110G335280191.2NAE-GL220 ，NAE-GL330G410340192.0NAE-GL220G （雙備份）NAE-GL330G （雙備份）410340384.0NAE-GL500G680540193.0NAE-GL500G （雙備份）680540396.0NAE-GL110Z、F/260305NAE-GL220Z、F/3203010NAE-GL220Z、F (雙備份

15、)/3205015NAE-GL330Z、F/3203015NAE-GL330Z、F (雙備份)/3205020NAE-GL500Z、F/5203020NAE-GL500Z、F (雙備份)/52050252.5.2 電氣單元電流電氣單元介于光纖電流敏感環(huán)和合并單元之間，實(shí)現(xiàn)光探測信號的發(fā)送、電流信息的采集和處理及與合并單元的通訊等功能，是 全光纖電子式電流互感器的重要組成部分。電流電氣單元內(nèi)部有解調(diào)模塊、 電源模塊、通訊模塊及電氣母板 組成。其中解調(diào)模塊分別是 A、B、C三相和兩個備用，最多可達(dá) 4 個模塊插槽，可以根據(jù)具體需要選擇合適數(shù)量的解調(diào)模塊。光纖敏感 環(huán)和解調(diào)模塊一起構(gòu)成一相光纖電流互

16、感器，以功能模塊的方式插入 到箱內(nèi)的母板上。除電源輸入接口外，其它輸入、輸出接口均為光纜，其中A、B、C三相光纜分別連接 A、B、C三相光纖電流敏感環(huán)，另外還有一個 備用。兩個光纖接口通過光纜和合并單元相連，其中一個是合并單元 為電流電氣單元提供同步采樣脈沖，另一個是電流電氣單元與合并單 元(MU )之間的串行通訊光纜，電流數(shù)據(jù)信息按照預(yù)定的協(xié)議通過 光纜送到合并單元上。還有一個光纖輸出接口用于和手持驗(yàn)證終端連 接，用于在線狀態(tài)下驗(yàn)證電流數(shù)據(jù)的輸出。 各光纜/電纜的具體參數(shù)如 下：A、B、C三相及備用光纜外徑 6,長度根據(jù)現(xiàn)場情況可選； 采樣脈沖光纜，外徑3,多模光纖，波長850nm , ST接頭; 串行通訊光纜，外徑3,多模光纖，波長850nm , ST接頭; 電源輸入電纜，外徑8電流電氣單元的結(jié)構(gòu)，主要是密閉箱體結(jié)構(gòu)，尺寸如圖2.6所示, 為一 440X400X145 ( mm)的矩形箱體。連到電氣單元箱中的光纜、 電纜通過電氣單元箱的開孔與外界連接，所有接縫和開孔已進(jìn)行了密 封和電磁屏蔽設(shè)計。roMilo0O加0AAQ圖2.6電流電氣單元箱體結(jié)構(gòu)和尺寸2.6 主要技術(shù)參數(shù)表2.3主要技術(shù)參數(shù)序號名稱性能1電源電壓110、220VDC 20%2功耗W 3W(A)方瓷數(shù)字愷號Si字林號獨(dú)字怡號二次埔出2D41H ( Hit)