NAE-G系列全光纖電流互感器介紹V6.1

1、NAE-GL 系列系列全光纖電子式電流互感器應(yīng)用與校驗(yàn)全光纖電子式電流互感器應(yīng)用與校驗(yàn)?zāi)?錄1 NAE-GL 系列產(chǎn)品的總體方案系列產(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(hào)選擇.42 NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器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.151NAE-GL 系列產(chǎn)品的總體方案系列產(chǎn)品的總體方案1.1總體方案總體方案對(duì)于數(shù)字化變電站過(guò)程層的傳感設(shè)備主

2、要包括三個(gè)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(duì)于電子式電流、電壓互感器而言也分別包括了傳感部分和電氣部分。目前市場(chǎng)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(lái)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(guò)程中也有一些實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。圖 1.1 過(guò)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)用功能與連接全光纖電子式互感器應(yīng)用功能與連接圖 1

3、.2 示出了過(guò)程層傳感設(shè)備應(yīng)用功能與連接示意圖?？梢钥闯觯娏鞴饫w敏感環(huán)通過(guò)光纖與電流電氣單元相連接，電壓敏感源通過(guò)屏蔽電纜（對(duì)電容分壓式電子互感器而言）或光纜（對(duì)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(lái)自合并單元的同步時(shí)鐘信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，另一方面將測(cè)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(lái)查驗(yàn)電流、電壓的數(shù)值等數(shù)據(jù)。合并單元接受來(lái)自外部的時(shí)鐘對(duì)時(shí)信號(hào)，也發(fā)出多路時(shí)鐘同步信號(hào)用于電氣單元內(nèi)數(shù)據(jù)同步；合并單元接受來(lái)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(hào)用于相關(guān)的保護(hù)和測(cè)量等使用。圖 1.2 過(guò)程層傳感設(shè)備應(yīng)用功能

4、與連接示意圖1.3NAE-G 系列產(chǎn)品的型號(hào)選擇系列產(chǎn)品的型號(hào)選擇1.3.1 型號(hào)選擇型號(hào)選擇1.3.2 訂貨須知訂貨須知訂貨時(shí)，除了上述型號(hào)選擇的信息外，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下的信息。2NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器系列全光纖電子式電流互感器2.1概要概要由國(guó)電南瑞科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)電南瑞” ） 、北京航天時(shí)代光電科技有限公司（隸屬于中國(guó)航天九院，以下簡(jiǎn)稱“航天時(shí)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(jiǎn)稱“南瑞航天” ）作為國(guó)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(guò)多年的研發(fā)和技術(shù)積累，成功開發(fā)出全光纖電子式互感器，取得了多項(xiàng)科技成果。國(guó)

5、電南瑞是航天時(shí)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(jì)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(chǎng)、工程實(shí)力。NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器采用了國(guó)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(guò)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(guó)內(nèi)多項(xiàng)技術(shù)空白，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平” 。NAE-GL 系列全光纖電子式電流

6、互感器是集保護(hù)、計(jì)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(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)度高、體積小、重量輕等特點(diǎn)。保護(hù)用的級(jí)別可達(dá)1P50（最大 150kA） ，測(cè)量級(jí)別為 0.2s 級(jí)，性能指標(biāo)完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC60044-8）和國(guó)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(cè)量裝置、計(jì)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(duì)數(shù)據(jù)采集的各項(xiàng)需求。2.1.1 特點(diǎn)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(cè)量精度高：全光纖電子式互感器每相只有一個(gè)敏感環(huán)，同時(shí)滿足計(jì)量精度和保護(hù)應(yīng)用，計(jì)量精度滿足 0

7、.2s 準(zhǔn)確級(jí)要求，保護(hù)精度遠(yuǎn)優(yōu)于 5P； 寬動(dòng)態(tài)范圍：可在 1%200%額定電流范圍內(nèi)滿足計(jì)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(cè)量、電能質(zhì)量分析、故障錄波等； 絕緣方式簡(jiǎn)單：一次側(cè)與二次側(cè)的信號(hào)傳遞依靠光纖，絕緣易于實(shí)現(xiàn)，且在電壓等級(jí)越高的應(yīng)用場(chǎng)合，優(yōu)勢(shì)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(wú)接觸穿心式，無(wú)附加動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定問(wèn)題； 抗環(huán)境電磁干擾能力強(qiáng)：電流敏感環(huán)具有很強(qiáng)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

8、光纖電子式互感器無(wú)二次開路危險(xiǎn)、無(wú)爆炸危險(xiǎn)，節(jié)省金屬材料，運(yùn)輸成本低，占地面積少，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。2.1.2 主要業(yè)績(jī)主要業(yè)績(jī)（截止（截止 2009 年年 6 月）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(xiàng)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(yáng) 220kV 金陽(yáng)變電站工程科研試驗(yàn)項(xiàng)目（3 相，獨(dú)立支柱式） 貴陽(yáng) 110kV 沙河變電站工

9、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基本工作原理基本工作原理圖 2.1 NAEGL 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(guò)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(cè)器處并發(fā)生相干疊加；當(dāng)通電導(dǎo)體中無(wú)電流時(shí)，兩光波的相對(duì)傳播速度保持不變，即物理學(xué)上所說(shuō)的沒(méi)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(chǎng)作用下，兩束光波

10、的傳播速度發(fā)生相對(duì)變化，即出現(xiàn)了相位差（圖 2.2b） ，最終表現(xiàn)的是探測(cè)器處疊加的光強(qiáng)發(fā)生了變化，通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)的大小，即可測(cè)出對(duì)應(yīng)的電流大小。a b圖 2.2 兩偏振光相干疊加示意圖2.3技術(shù)分析技術(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(dòng)態(tài)范圍閉環(huán)控制（負(fù)反饋）技術(shù)擴(kuò)大了準(zhǔn)確度下的動(dòng)態(tài)范圍對(duì)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(dòng)態(tài)范圍的穩(wěn)定性方面從原理上來(lái)說(shuō)

11、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(duì)各種可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行校正，真正達(dá)到一個(gè)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(dòng)態(tài)范圍。2.3.2 共光路、差動(dòng)信號(hào)解調(diào)方式提高了抗干擾能力共光路、差動(dòng)信號(hào)解調(diào)方式提高了抗干擾能力對(duì)于磁光玻璃式電子式電流互感器而言，光信號(hào)輸入端和輸出端不在同一點(diǎn)，走的路徑是一個(gè)單向路徑，當(dāng)受到來(lái)自外界的溫度變化，振動(dòng)以及電磁場(chǎng)輻射等因素的干擾，單向路徑受干擾源的影響就可能會(huì)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(duì)于 NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器而言，光信號(hào)輸入輸出端在同一點(diǎn)，采用同一個(gè)光路，即使來(lái)自外界的溫度變化，振動(dòng)以及電磁場(chǎng)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(huì)互相抵消，從而提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。2.3.3 全光纖結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的可靠性全光纖結(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(zhǎng)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(gè)方面的表現(xiàn)差異。表表 2.1 不同電流互感器特點(diǎn)比較不同電流互

13、感器特點(diǎn)比較電子式電子式光學(xué)式光學(xué)式項(xiàng)項(xiàng) 目目電磁式互感器電磁式互感器光電混合式光電混合式磁光玻璃式磁光玻璃式全光纖式全光纖式測(cè)量原理測(cè)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)敏感元件敏感元件電磁線圈空心線圈光學(xué)玻璃光纖能否測(cè)直流能否測(cè)直流否否可測(cè)可測(cè)，且精度高抗電磁干擾抗電磁干擾好差好好安全性能安全性能差好好好是否有源是否有源無(wú)有1無(wú)2無(wú)安裝靈活性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(wú)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)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、

14、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)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(chǎng)合，兩種結(jié)構(gòu)分別見圖 2.4 和圖 2.5，所對(duì)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)圖 2.5 NAE-GLXXXZ、NAE-GLXXXF 系列產(chǎn)品敏感環(huán)表表 2.2 全光纖互感器敏感環(huán)型譜表全光纖互感器敏感環(huán)型譜表2.5.2 電氣單元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(cè)信號(hào)的發(fā)送、電流信息的采集和處理及與合并單元

15、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(gè)備用，最多可達(dá)4 個(gè)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，其中型號(hào)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）4103

16、40384.0NAE-GL500G680540193.0NAE-GL500G（雙備份）680540396.0NAE-GL110Z、F/260305NAE-GL220Z、F/3203010NAE-GL220Z、F（雙備份）/3205015NAE-GL330Z、F/3203015NAE-GL330Z、F（雙備份）/3205020NAE-GL500Z、F/5203020NAE-GL500Z、F（雙備份）/5205025A、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(gè)備用。兩個(gè)光纖接口通過(guò)光纜和合并單元相連，其中一個(gè)是合并單元為電流電氣單元提供同步采樣脈沖，另一個(gè)是電流電氣單

17、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(guò)光纜送到合并單元上。還有一個(gè)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(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可選； 采樣脈沖光纜，外徑 3，多模光纖，波長(zhǎng) 850nm，ST 接頭； 串行通訊光纜，外徑 3，多模光纖，波長(zhǎng) 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 440400145（mm）的矩形箱體。連到電氣單元箱中的光纜、電纜通過(guò)電氣單元箱的開孔與外界連接，所有接縫和開孔已進(jìn)

18、行了密封和電磁屏蔽設(shè)計(jì)。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)主要技術(shù)參數(shù)表表 2.3 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)名稱性能1電源電壓110、220VDC20% 2功耗30W3工作條件及環(huán)境工作溫度范圍：4065相對(duì)濕度：954敏感光纖環(huán)尺寸見表 2.25電氣單元箱體尺寸密封箱體結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)寬高440400145（mm）6合并單元尺寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架結(jié)構(gòu)：6U，1/3 19。光纜長(zhǎng)度A、B、C 三相及備用相光纜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇，采樣脈沖光纜、串行通訊光纜長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇7 通訊光纜規(guī)格外徑 3，多模光纖，波長(zhǎng) 850nm，ST 接頭8電磁兼容滿足 GB/T 17626， GB/T20840.8-2007 的要求9低壓元件工頻耐壓和雷電沖擊各輸入、輸出端施加直流電壓 2.8kV，1min各輸入、輸出端施加全波電壓 5.0kV，正負(fù)極性各 3 次10采