電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用演示文稿

電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用演示文稿本文檔共43頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分優(yōu)選電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用本文檔共43頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分電子式電流互感器的定義及分類根據(jù)IEC60044-8?Electroniccurrenttransformers?(2002)的定義：光學(xué)電流互感器（光學(xué)玻璃、全光纖、光柵）空芯電流互感器（傳光型）鐵心線圈式低功率互感器（傳光型）本文檔共43頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分電子式電壓互感器的定義及分類根據(jù)IEC60044-7?Electronicvoltagetransformers?(1999)的定義：光學(xué)電壓互感器（傳感型）阻容分壓型電壓互感器（傳光型）本文檔共43頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理根據(jù)Faraday磁光效應(yīng),線偏振光在磁場的作用下,其偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。BLoptF本文檔共43頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理光學(xué)玻璃型全光纖型（FOCT)偏振檢測方法干涉檢測方法雙折射是指光纖中傳輸?shù)膬蓚€(gè)模式的傳播常數(shù)或相速隨著模式偏振不同而不同的現(xiàn)象，反映了由線性雙折射在兩個(gè)偏振本征模之間引入的相位延遲。（形狀雙折射、應(yīng)力雙折射）無雙折射有雙折射本文檔共43頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理由于線性雙折射的存在，將使得電流測量靈敏度減小，并且不穩(wěn)定。減小了電流測量靈敏度。這是因?yàn)殡p折射使線偏光的兩個(gè)正交光振動(dòng)分量之間產(chǎn)生一個(gè)位相差，結(jié)果輸出光變成了橢圓偏振光。對于不同的入射偏振面，傳感器具有不同的測量靈敏度。靈敏度隨偏振面方位的改變而周期性變。測量靈敏度受外界溫度的調(diào)制。無雙折射有雙折射本文檔共43頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理在光纖電流傳感器中，由于光纖內(nèi)存在的線性雙折射對于溫度與振動(dòng)等環(huán)境因素變化十分敏感，而雙折射會(huì)造成偏振光偏振態(tài)輸出的不穩(wěn)定，影響測量的精確度，因此利用各種方法降低雙折射是FOCT實(shí)用化過程中需要解決的關(guān)鍵問題。采用保偏光纖是最主要的技術(shù)手段。保偏光纖是利用光纖的雙折射特性、對傳輸?shù)钠窆獾钠駪B(tài)能夠加以保持并傳輸?shù)墓饫w。（螺旋（Spun）光纖、扭轉(zhuǎn)光纖等）本文檔共43頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理基于干涉檢測方法的全光纖電流互感器（FOCT）干涉型的FOCT并不是直接檢測光的偏振面的旋轉(zhuǎn)角度，而是通過受Faraday效應(yīng)作用的兩束偏振光的干涉并檢測其相位差的變化來測量電流。干涉型FOCT主要可以分為Sagnac環(huán)形結(jié)構(gòu)（也稱Loop結(jié)構(gòu)）和反射結(jié)構(gòu)（也稱in-line結(jié)構(gòu)）。本文檔共43頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理基于Sagnac反射結(jié)構(gòu)的FOCT由光源發(fā)出的光經(jīng)過保偏光纖耦合器后由光纖起偏器起偏變成線性偏振光，恰在保偏光纖的光軸上的光能保持這種偏振狀態(tài)，然后經(jīng)過一個(gè)45度融解進(jìn)入第二段保偏光纖，因此在這段光纖兩個(gè)光軸上的電場矢量的分量相等。這兩個(gè)分量成為兩個(gè)分別在兩個(gè)光軸上互相垂直（X和Y軸）的線性偏振光，分別沿保偏光纖的x軸和y軸傳輸。這兩束光經(jīng)過λ/4波片，分別轉(zhuǎn)變成為左旋和右旋的圓偏振光，并進(jìn)入傳感光纖。由于被測電流會(huì)產(chǎn)生磁場和在傳感光纖中的Farada磁光效應(yīng)，這兩束圓偏振光的相位會(huì)發(fā)生變化(△θ=2VNI)，并以不同的速度傳輸。本文檔共43頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理基于Sagnac反射結(jié)構(gòu)的FOCT兩束圓偏振光在反射膜端面處反射后，偏振模式互換(即左旋光變?yōu)橛倚?，右旋光變?yōu)樽笮?，然后再次穿過傳感光纖，使Faraday效應(yīng)產(chǎn)生的相位加倍(△θ=4VNI)。兩束光再次通過λ/4波片后，恢復(fù)成為線偏振光，并且原來沿保偏光纖X軸傳播的光變?yōu)檠乇Ｆ饫wy軸傳播，原來沿保偏光纖y軸傳播的光變?yōu)檠乇Ｆ饫wx軸傳播。分別沿保偏光纖x軸、y軸傳播的光在光纖偏振器處發(fā)生干涉。通過測量相干的兩束偏振光的非互易位相差，就可以間接地測量出導(dǎo)線中的電流值。本文檔共43頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流互感器的基本原理基于Sagnac反射結(jié)構(gòu)的FOCT在理想情況下，探測器探測到的光強(qiáng)信號大小為：相位調(diào)制器在檢測電路的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生一個(gè)與大小相等方向相反的反饋相移，通過檢測反饋信號的大小即能確定相位，從而得到被測電流的大小。本文檔共43頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器的基本原理整個(gè)線圈均勻地繞在非磁性骨架上，由全電流定律和電磁感應(yīng)定律可得到線圈互感系數(shù)M

E=M×jω×Ip對于穩(wěn)態(tài)下的正弦電流，空芯線圈的輸出電壓為

優(yōu)點(diǎn)：不飽和，線性范圍寬缺點(diǎn)：信號小，且需要積分還原本文檔共43頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分低功率電流互感器的基本原理LPCT仍然是基于電磁感應(yīng)原理的鐵芯CT，它實(shí)際上代表了傳統(tǒng)CT的發(fā)展。特別之處在于所用的鐵芯材料是微晶合金鐵芯，并且集成了一個(gè)取樣電阻，將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出。二次輸出電壓US=Rsh×IS=Rsh×Np/Ns×Ip=1/KR×Ip

本文檔共43頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電壓互感器的基本原理基于Pockels效應(yīng):電光晶體在外電場的作用下,其折射率會(huì)線性地發(fā)生變化,從而使偏振光的兩個(gè)分量之間產(chǎn)生位相差。本文檔共43頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分電容分壓型電壓互感器的基本原理10kV、35kV一般采用電阻分壓。110kV以上一般采用電容分壓或阻容分壓。電容分壓器;(B)信號調(diào)理單元;(C)光供電單元;(D)供能光纖;(E)激光器;(F)信號解調(diào)單元;(G)信號傳輸光纖.本文檔共43頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分傳統(tǒng)互感器與電子式互感器的比較傳統(tǒng)CT、PT、CVTCT、PT測量準(zhǔn)確度高，溫度穩(wěn)定性好；可靠性高（故障率？）CVT體積小,成本低CT具有鐵芯結(jié)構(gòu)，易發(fā)生磁飽和，造成保護(hù)拒動(dòng)或者誤動(dòng)；PT、CVT（補(bǔ)償電抗器、中間變壓器）易產(chǎn)生鐵磁諧振；高頻響應(yīng)差，新型的基于高頻暫態(tài)分量的快速保護(hù)難以實(shí)現(xiàn)

本文檔共43頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分電子式互感器沒有鐵芯，無磁飽和現(xiàn)象，提高了故障測量的準(zhǔn)確性

絕緣結(jié)構(gòu)簡單，沒有因含油而產(chǎn)生的易燃、易爆炸等危險(xiǎn)

ECT二次側(cè)開路時(shí)不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的高壓

抗電磁干擾能力強(qiáng)

頻率響應(yīng)范圍寬，可促進(jìn)保護(hù)新原理的研究

適應(yīng)了電力計(jì)量和保護(hù)數(shù)字化、微機(jī)化和自動(dòng)化發(fā)展的方向

傳統(tǒng)互感器與電子式互感器的比較本文檔共43頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分關(guān)鍵技術(shù)電容分壓型的電子式電壓互感器串級分壓易受外界干擾、暫態(tài)特性空芯電流互感器光學(xué)電流、電壓互感器本文檔共43頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分光學(xué)電流、電壓互感器的關(guān)鍵技術(shù)光學(xué)電流、電壓互感器被認(rèn)為是傳統(tǒng)互感器的理想替代品，但是經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，仍然沒有得到大面積的推廣應(yīng)用——長期穩(wěn)定性問題是阻礙OCT實(shí)用化的關(guān)鍵。本文檔共43頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分造成OCT長期漂移的主要因素溫度

使傳感頭內(nèi)部產(chǎn)生線性雙折射

使材料的Verdet常數(shù)發(fā)生變化振動(dòng)

造成光強(qiáng)的波動(dòng)

產(chǎn)生應(yīng)力雙折射本文檔共43頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分造成OCT長期漂移的根本原因光學(xué)傳感頭為開環(huán)結(jié)構(gòu),測量原理為偏差式測量原理，因而測量準(zhǔn)確度難以提高。

本文檔共43頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分測量原理的分類偏差式測量：在測量過程中，用儀表指針的位移(即偏差)決定被測量的測量方法，稱為偏差式測量法。零位式測量：在測量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的測量方法，稱為零位式測量法。

可以獲得比較高的測量準(zhǔn)確度。測量過程比較復(fù)雜，在測量時(shí)，要進(jìn)行平衡操作，花費(fèi)時(shí)間長。本文檔共43頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分測量原理的分類微差式測量：將被測的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值，然后，用偏差法測得此差值。

微差式測量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，而且測量精度高，它特別適用于在線控制參數(shù)的檢測。例如：傳統(tǒng)互感器的校驗(yàn)儀本文檔共43頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分OCT實(shí)用化的另外的問題測量的動(dòng)態(tài)范圍有限：測量小電流時(shí)準(zhǔn)確度和分辨率都不高。測量頻帶和其他原理的互感器存在同樣的問題，受信號處理電路的限制：傳感頭的測量頻帶寬，但是仍需要后續(xù)電路進(jìn)行信號的分離、濾波等信號處理，為了提高測量準(zhǔn)確度，降低噪聲，需要壓縮頻帶。本文檔共43頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分FOCT實(shí)用化存在的問題反射式光纖電流互感器實(shí)質(zhì)上是一種偏振干涉儀，要求光在傳播過程中保持特定的偏振態(tài)，而非理想的光學(xué)器件會(huì)造成偏振光之問的串?dāng)_，影響測量準(zhǔn)確度。FOCT的戶外部分為全光學(xué)器件，光學(xué)器件工作在變電站惡劣的環(huán)境下，因此FOCT同樣存在所有干涉檢測型傳感器的偏振態(tài)變化和相位隨機(jī)漂移而導(dǎo)致的信號衰落問題。雖然和FOCT技術(shù)類似的光學(xué)陀螺已經(jīng)有產(chǎn)品面世，但這兩種產(chǎn)品相比較，從運(yùn)行環(huán)境、穩(wěn)定性來看，顯然FOCT具有更加嚴(yán)格的要求。變電站一次額定電流較小，同時(shí)被測電流的變化范圍較大，當(dāng)電流較小時(shí)，信噪比較低，對FOCT的信號調(diào)制和解調(diào)均提出了更高的要求。構(gòu)成FOCT的關(guān)鍵光學(xué)器件（如激光器、保偏光纖等），甚至高性能的保偏光纖熔接機(jī)，都需要從國外進(jìn)口，不但價(jià)格高，而且受制于人。本文檔共43頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之一

空芯線圈的制作原則實(shí)現(xiàn)對電流的準(zhǔn)確測量取決于一個(gè)穩(wěn)定的互感系數(shù)。為了獲得高測量準(zhǔn)確度，空芯線圈繞制時(shí)必須遵循以下原則：二次繞組在一定大小的非鐵磁材料骨架上對稱均勻分布；每一匝繞組的形狀完全相同；每一匝繞組所在平面與骨架所在的圓周的中心軸垂直。本文檔共43頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之二

積分器的性能優(yōu)化輸出必須采用積分器還原被測電流信號。由運(yùn)算放大器本身的增益帶寬積決定本文檔共43頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之二

積分器的性能優(yōu)化輸出必須采用積分器還原被測電流信號，而積分器的時(shí)間常數(shù)有限，當(dāng)系統(tǒng)短路、有大的衰減直流分量的時(shí)候，其暫態(tài)誤差特性取決于測量的下限頻率。

本文檔共43頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之三

高壓側(cè)供電技術(shù)以空芯線圈為傳感單元，將高壓側(cè)的含有被測電流信息的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，通過信號傳輸光纖以光脈沖的形式傳輸至低壓側(cè)。因此，高壓側(cè)需要供電。

本文檔共43頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之三

高壓側(cè)供電技術(shù)高壓側(cè)電路的功耗過大。已經(jīng)達(dá)到的最低功耗（國外的報(bào)道），一般在70mW左右。一般光電轉(zhuǎn)換的效率較高時(shí)為30%，這就要求光源（半導(dǎo)體激光器）的出纖功率至少達(dá)到200mW以上。出纖功率在這種數(shù)量級的光源，其壽命較短。高壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元長期工作在戶外環(huán)境，轉(zhuǎn)換效率會(huì)逐漸衰減。本文檔共43頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分空芯電流互感器關(guān)鍵技術(shù)之三

高壓側(cè)供電技術(shù)如果采用一個(gè)CT供電+兩個(gè)大功率激光器供電的方案成本較高：（＄900x1.17)/只可靠性：缺乏長期實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

本文檔共43頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分電容型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)之一

串級分壓結(jié)構(gòu)多級電容串聯(lián)分壓結(jié)構(gòu)，容易受到外界的干擾。實(shí)際電容分壓器的電容元件和大地或接地屏蔽之間存在分布電容，是造成分壓器誤差的主要原因。實(shí)際上,串級分壓結(jié)構(gòu)的電子式電壓互感器的測量準(zhǔn)確度很難做到很高。

假設(shè)分壓器高壓臂是由n個(gè)電容單元串聯(lián)而成，其中：CK—串聯(lián)電容單元，CK=nC1；CL1—各電容單元對地或?qū)拥仄帘沃g的電容；CS—各單元之間的縱向電容。本文檔共43頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分電容型電子式電壓互感器關(guān)鍵技術(shù)之二

電荷滯留引起的暫態(tài)誤差電網(wǎng)中由于過電壓和開關(guān)操作引起暫態(tài)過程。滯留電荷量的大小取決于線路斷開時(shí)線路電壓的相位。線路重新接入時(shí)，取樣電容上的電壓隨時(shí)間常數(shù)衰減，疊加在穩(wěn)態(tài)正弦信號上造成誤差。電荷滯留問題可能引入較大測量誤差，對重合閘可能造成影響。

本文檔共43頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分傳統(tǒng)互感器與電子式互感器的比較從測量的傳感原理比較穩(wěn)定性穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度暫態(tài)準(zhǔn)確度傳統(tǒng)CT高不適合用于頻帶寬的場合低LPCT高不適合用于頻帶寬的場合低空心線圈高特別適合寬頻較高光學(xué)互感器有待提高小電流時(shí)有待提高較高CVT有待提高有待提高中等結(jié)論：從保護(hù)的角度：空心和光學(xué)互感器為首選；從計(jì)量的角度：對于工頻測量，LPCT是首選；對于沖擊性負(fù)荷的寬頻測量，空心線圈是首選。本文檔共43頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分針對傳統(tǒng)電流互感器和電子式電流互感器的思考

關(guān)于絕緣結(jié)構(gòu)：充油型

充氣型關(guān)于測量頻帶：如果采用LPCT，電子式互感器和傳統(tǒng)的互感器沒有任何差別。關(guān)于飽和問題：如果采用空心線圈，可以極大地改善。結(jié)論：將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來，可以走出現(xiàn)有的誤區(qū)。本文檔共43頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分一種新的絕緣結(jié)構(gòu)的

電子式電流電壓組合式互感器

特點(diǎn)1：采用倒立式氣體絕緣電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)，使得電流測量線圈和信號調(diào)制電路板均位于地電位，因而可以直接采用普通電源用電纜供電，不再需要光供電，大大提高了可靠性；特點(diǎn)2：電子式電壓互感器利用倒立式氣體絕緣電流互感器的一次導(dǎo)體和內(nèi)層、外層電氣連通的雙層屏蔽筒構(gòu)成的地電極，巧妙地構(gòu)造出同軸圓柱形電容器分壓，克服了多級電容串聯(lián)分壓方式易受外界環(huán)境因素引起的分布電容變化影響的缺點(diǎn)，測量準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好；本文檔共43頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分一種新的絕緣結(jié)構(gòu)的

電子式電流電壓組合式互感器

該新型電子式互感器和傳統(tǒng)互感器比較：采用了空心線圈作為保護(hù)，提高了暫態(tài)性能。采用同軸圓柱形電容器分壓，克服了CVT易受外界影響的缺陷。該新型電子式互感器和光供電型的電子式電流互感器比較：采用傳統(tǒng)倒立式氣體絕緣電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)，不需光供電，可靠性大為提高。本文檔共43頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分幾點(diǎn)思考

電壓等級：10kV、35kV、110kV、220kV、500kV測量原理：無源、有源結(jié)構(gòu)型式：獨(dú)立式；電壓電流組合式組合到斷路器中本文檔共43頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分思考之一

電子式互感器