电子式电流互感器研究page88.ppt
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1、电子式电流互感器研究,共88页,2,电子式电流互感器 研制 ECT-Electronic current transformers,共88页,3,电流互感器简介,互感器是电力系统的眼睛。 传统的电流互感器是电磁感应式,结构类似变压器(区别:CT磁密甚小)。 按用途分:1、测量用将任一数值的交流电流转换为用标准仪器可以直接测量的交流电流值;使高压回路与维护人员可以接近的测量仪表绝缘。 2、保护用将任一数值的交流电流转换成可以供给继电保护装置的交流电流值;使高压回路与维护人员可以接近的继电器绝缘。,共88页,4,电磁感应式电流互感器主要优点,电磁感应式电流互感器是一种传统的电流测量和保护设备 性能
2、比较稳定 适合长期运行 有长期的运行经验,共88页,5,电磁感应式电流互感器的缺点,绝缘复杂 不能用于测量直流输电系统 磁饱和(将产生大的测量误差) 铁磁谐振 有油易燃易爆 体积大,重量重,共88页,6,电子式电流互感器的优点,绝缘简单 没有磁饱和、铁磁谐振等问题 无二次开路高压 测量频带宽,动态范围大 结构紧凑,体积小,重量轻 适应电力系统自动化数字化要求 无易燃、易爆炸危险,共88页,7,电子式电流互感器发展现状,电子式电流互感器是当前国内外研究的热点 ABB公司研制的监测、保护超高压串联电容器组电流的ECT于19871990年全面投运 法国ALSTOM、日本东京电力公司、东芝公司也有研究
3、 美国的Photonic Power System公司已经初步将A/D采集式电流互感器产品化,激光供能方式,在美国、芬兰等国变电站中得到较广泛的应用 国内清华大学、燕山大学、大连理工大学研究有源式ECT 华中科技大学、哈尔滨科技大学、上海科技大学、重庆大学进行磁光式ECT的研究,共88页,8,有关研制及生产电子式电流互感器的单位 目前所达到的水平,共88页,9,国内外研究现状,广州换流站激光 供能的500kV ECT(测直流) 西门子公司制造 运用了一些美国Photonic Power System 公司技术,广州换流站激光 供能的35kV ECT(测直流),共88页,10,(加拿大)NxtP
4、hase公司的磁光式 500kV组合式光电电流电压互感器,共88页,11,(加拿大)NxtPhase公司的磁光式 组合式光电电流电压互感器 二次输出指标,共88页,12,国内外研究现状,ABB公司的磁光式ECT,共88页,13,电子式互感器标准,IEC60044-7 互感器 (1999) 第7部分: 电子式电压互感器 IEC60044-8 互感器 (2002) 第8部分: 电子式电流互感器 我国也正在制定电子式电压互感器和电流互感器的国家标准 GB/T XXXX.7-200X GB/T XXXX.8-200X,共88页,14,电子式电流互感器分类,电子式电流互感器主要分两类: 1、无源式传感头
5、采用磁光晶体或光纤 2、有源式传感头采用电子器件,需提供电源,共88页,15,无源式ECT的几种实现方法(一),基于Faraday磁光效应的,全光纤型电流互感器原理示意图,共88页,16,无源式ECT的几种实现方法(二),基于Faraday磁光效应的,磁光玻璃型电流互感器原理示意图,共88页,17,MOCT的几种实现方法(三),基于Kerr效应测量电流原理示意图 (原理见下页),磁介质,共88页,18,Kerr磁光效应是指线偏振光在磁化了的磁介质表面发生反射时,反射光的偏振面相对于入射光的偏振面会发生偏转。通过测量偏转角度的大小,就可以间接测得磁介质外加磁场大小,如果这个磁场是由高压电流产生,
6、则也可以通过相应的换算得到电流的大小,共88页,19,有源式ECT的实现方法,在高压侧的传感头采用的是电子器件,而不是磁光晶体或光纤。因此高压侧要有供电电源。 A/D转换式(即ADC式),实际研制时采用的方式。,共88页,20,图 ADC式电子式电流互感器的整体结构图,ADC式电子式电流互感器整体 结构图,共88页,21,A/D转换式ECT特点,AD变换器的转换精度高,采样频率高 系统的功耗小,可以实现低功耗 接收端的电路比较简单,可以直接和计算机进行通信 传送的是数字信号,传送过程中抗干扰能力强,共88页,22,电子式电流互感器方案的选定,无源式电流互感器的原理与传统的电磁式互感器截然不同,
7、优点在于其传感头在设计上没有电源的供应的问题,但是这种互感器对光学技术、光纤技术以及光学材料的发展有很大的依赖性,研制技术难度大,成本较高。而且,磁光材料在外界环境的温度压力等参数变换的情况下的稳定性也是一个技术上难以解决的问题。 因此,要达到实用阶段还要走很长的路。,共88页,23,有源式电流互感器采用的是传统的电阻、电容等器件,优点在于采样精确度比较高,同无源光电互感器相比,在结构上更加简单,也比较容易和计算机实现直接通信,但是它的缺点在于传感头的电源供应、大范围电流的准确测量问题和电磁兼容问题。,共88页,24,最后方案的选定 考虑到电子器件的选择和电路的设计难度,采用ADC式电子电流互
8、感器作为研究对象。这种电流互感器的传感头的总体功耗比较小,采样精确度比较高,接收端的电路工作比较可靠,容易实现多路信号同时采集,另外,ADC式光电电流互感器传输的是数字信号,易于和计算机实现数据通信,共88页,25,ECT方案,三相测量电流,C相电流,C相电流,B相电流,B相电流,A相电流,A相电流,保护线圈,测量线圈,保护线圈,测量线圈,保护线圈,测量线圈,高压侧信号处理单元,高压侧信号处理单元,高压侧信号处理单元,信号接收和分配单元,低压侧信号处理单元,低压侧信号处理单元,低压侧信号处理单元,三相保护电流,至测量柜,至保护柜,光纤,共88页,26,共88页,27,正在安装的ECT,共88页
9、,28,共88页,29,ECT的性能指标,电压等级220kV 母线电流600A 输出精度测量级0.2级,4V,负荷2M 保护级为5P20,200mV 供能方式为特制线圈供能 安装方式为悬挂式 达到水平:国际先进,共88页,30,电流互感器的设计方案,传感头 Rogowski线圈(测量暂态信号保护用) 小信号铁芯CT(测量稳态信号测量用) A/D采样及温度补偿 电能供应 光纤传输,光纤绝缘子 信号接收单元 电子式互感器校验仪,共88页,31,传感头的结构示意图,图3.1 传感头结构示意图,共88页,32,电流互感器样机(传感头),共88页,33,传感头内部结构图,共88页,34,传感头部分装配原
10、理示意图 1-导电杆、 2-电源板、3-电源变压器、4-A/D采集板、5-罗果夫斯基线圈、 6-铁芯线圈 7-铁芯线圈外围电路板、 8-金具、 9-外壳,共88页,35,Rogowski线圈介绍,Rogowski线圈实际上就是一个缠绕在非磁性骨架上的空心螺线管 是测量暂态电流的一种常用工具,现在也有用于测稳态电流的,供计量和保护用 没有铁心,不会产生磁饱和 不直接串联在被测回路中,不会消耗被测回路的能量 线圈和被测回路没有直接的电的关系,对被测回路的影响较小,共88页,36,图 罗果夫斯基线圈原理图及等效原理图,共88页,37,Rogowski线圈介绍,Rogowski线圈结构图,首先设线圈每
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