數(shù)字化變電站技術(shù)及電子互感器技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

摘要：本文主要論述了數(shù)字化變電站相比傳統(tǒng)數(shù)字化變電站的技術(shù)特征，技術(shù)優(yōu)勢；以及數(shù)字化變電站中電子互感器相較傳統(tǒng)互感器的技術(shù)發(fā)展以及電子互感器的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；電子互感器

一、數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特征

變電站一次設(shè)備和保護(hù)的連接主要從CT、PT引出的電纜，根據(jù)需要，在端子箱內(nèi)重新組成對(duì)應(yīng)各保護(hù)、測量等回路，二次設(shè)備引入測量量，進(jìn)行A/D變換后，送入CPU處理判斷。CPU處理的結(jié)果，或合閘、跳閘、閉鎖（不允許其他的跳合閘起作用）通過開入開出板連接到開關(guān)端子箱。在過程總線中，保護(hù)裝置的功能被組合到一次設(shè)備到一次設(shè)備，形成新的接線模式。而數(shù)字化變電站一次設(shè)備的智能化改變了傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，A/D變換沒有了，代之以高速通信。開關(guān)量輸出DO、輸入DI移入智能化開關(guān)，保護(hù)裝置發(fā)布命令，由一次設(shè)備的執(zhí)行器來執(zhí)行操作。相比傳統(tǒng)的變電站，數(shù)字化變電站在一次、二次設(shè)備方面有了巨大的變化。

1.一次設(shè)備智能化

隨著技術(shù)的進(jìn)步，一次設(shè)備出現(xiàn)了智能組合電器。其主要特征是：（1）模擬量就地采樣在一次設(shè)備內(nèi)部，電子化TA/TV的二次側(cè)直接進(jìn)行模擬量采樣，實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化結(jié)果通過通信接口光纖為介質(zhì)傳輸給間隔層保護(hù)/測控等設(shè)備。替代現(xiàn)有的直接以二次電纜傳輸模擬量的方式。（2）使用智能傳感器通過智能傳感器獲得SF6氣體密度等信息并通過通信接口傳出。（3）使用智能操作機(jī)構(gòu)以通過通信接口接受外部命令并執(zhí)行，對(duì)執(zhí)行情況進(jìn)行記錄。替代現(xiàn)有的控制電纜方式。同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能跳合閘。（4）實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息記錄能夠記錄開斷次數(shù)、開斷電路等與狀態(tài)檢修相關(guān)的信息，并能通過通信接口外傳。方便用戶及時(shí)掌握裝置狀況信息，實(shí)現(xiàn)按需檢修，替代現(xiàn)有的計(jì)劃檢修。2.二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

將傳統(tǒng)二次設(shè)備內(nèi)部的小TA/TV（電流/電壓變換器）以及模數(shù)變換部分改為網(wǎng)絡(luò)通信方式[1]，裝置以通信方式直接獲得由一次設(shè)備采樣并傳出的數(shù)字量信息。對(duì)于支持網(wǎng)絡(luò)通信方式驅(qū)動(dòng)斷路器操作機(jī)構(gòu)及傳輸間隔狀態(tài)信息的一次設(shè)備，間隔層保護(hù)/測控等設(shè)備就可將現(xiàn)有的開出和開入插件轉(zhuǎn)換為通信接口插件。這些變化將使現(xiàn)有二次設(shè)備向通用化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

二、電子互感器的主要技術(shù)表現(xiàn)

數(shù)字互感器在原理與傳統(tǒng)的互感器完全不同，數(shù)字互感器是利用光電子技術(shù)和光纖傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓、電流測量的新型互感器。與傳統(tǒng)互感器相比，數(shù)字互感器具有絕緣性能好，造價(jià)低；不含鐵心，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題；低壓側(cè)不存在開路高電壓危險(xiǎn)；暫態(tài)響應(yīng)范圍大，測量精度高；頻率響應(yīng)范圍寬；無易燃、易爆炸等危險(xiǎn)；體積小、重量輕[2]?？闺姶鸥蓴_能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。光纖互感器一般以弱功率數(shù)字量輸出，非常適合微機(jī)保護(hù)裝置的需要。這將最佳地適應(yīng)日趨廣泛采用地微機(jī)保護(hù)、電力計(jì)量數(shù)字化及自動(dòng)化發(fā)展的潮流。

電子式互感器包括四個(gè)不同的技術(shù)領(lǐng)域，即傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集變送技術(shù)、高壓絕緣技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[3]。由于電子式簡化了絕緣結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)通信可以借用現(xiàn)有成熟技術(shù)，這些方面已不再是研發(fā)的核心，核心技術(shù)縮小為三個(gè)方面：傳感器技術(shù)、電源技術(shù)以及新增的特殊電磁防護(hù)技術(shù)。

這是基于以下考慮：①傳感器技術(shù)雖經(jīng)多年研發(fā)，但期望將所有優(yōu)點(diǎn)集于一身是不現(xiàn)實(shí)的，一些特定傳感器在具有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，總是帶有一定的缺憾，各種不同傳感器原理之間的相互配合互相滲透、優(yōu)勢互補(bǔ)將是一個(gè)發(fā)展趨勢；一些基礎(chǔ)器件由國外壟斷、價(jià)值鏈留在國外、價(jià)格高出同功能互感器3～5倍、性能并不具備優(yōu)勢的傳感器將會(huì)淡出市場。②電源技術(shù)仍作為核心技術(shù)，有兩層含義：其一是作為獨(dú)立式互感器，高壓側(cè)傳感的無源化或自源化，正常無故障壽命周期都寄望于發(fā)展和完善自供電模式；其二是克服VFTO現(xiàn)象也需要隔離度更高、抗擾頻譜更寬的新型電源系統(tǒng)，這種電源系統(tǒng)需要改變原有設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。③常規(guī)的中低頻、小于3千伏峰值的EMI防護(hù)組件不能適應(yīng)電站特殊干擾工況，需要研發(fā)可抵御數(shù)萬伏、跨越短波至微波波段的功率型集成濾波器件。

三、電子互感器發(fā)展趨勢

1.新趨勢1 - 結(jié)構(gòu)組合化

利用電子式微功率、小型化優(yōu)勢，互感器更多以組件方式組合于變壓器、GIS、HGIS、斷路器、隔離刀等組合電器中，減少占地，降低造價(jià)，還可以通過功能復(fù)用促進(jìn)一次電器本身的小型化和智能化[4]。各種傳感方式，也會(huì)相互組合，優(yōu)勢互補(bǔ)，發(fā)揮整體效能。國網(wǎng)公司近期也提出了結(jié)構(gòu)組合的指導(dǎo)性意見，助推電子式互感器的組合化趨勢。

2.新趨勢2 - 功能復(fù)用化

充分利用數(shù)據(jù)共享優(yōu)勢，單點(diǎn)配置的互感器，可供多點(diǎn)共享，這一優(yōu)勢可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)層面：①單點(diǎn)測量信息的本地共享，裝在一次電器上的互感器，除了通過合并器向間隔層和站控層傳遞信息外，可以配置本地輸出端口，為一次電器本體的智能化提供服務(wù)。一些國外開關(guān)電器，依靠本機(jī)集成的ECT實(shí)現(xiàn)故障開斷錄波和數(shù)理分析統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、壽命預(yù)期、故障診斷等智能化功能的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒?；ジ衅骺商峁〨oose、RS485等不同類型的數(shù)字接口，供多種測控設(shè)備共享，減少互感器多點(diǎn)重復(fù)安裝，使設(shè)備配置更加緊湊，功能集成度更高[5]。②在不增加傳感器的前提下，增配不同速率的采集器和接口方式，兼顧故障行波測距、光差保護(hù)、PMU監(jiān)測專用。③合并器除了實(shí)時(shí)收集ECT/EVT測量信息外，稍作擴(kuò)充，即可利用既有硬件資源收集一次狀態(tài)信息將原有分散的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)歸化到統(tǒng)一的以太網(wǎng)中，達(dá)到信息全站共享。

3.新趨勢3- 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

經(jīng)過多年的試用實(shí)踐，電子式互感器技術(shù)優(yōu)勢已在一些典型電站上得到驗(yàn)證。但在技術(shù)進(jìn)步效果明顯的同時(shí)，擴(kuò)展應(yīng)用也面臨新問題，最集中的表現(xiàn)是在應(yīng)對(duì)惡劣電磁環(huán)境上，其深層原因是無論國內(nèi)、國外，從標(biāo)準(zhǔn)體系、試驗(yàn)方法到設(shè)計(jì)規(guī)范，尚未完全意識(shí)到電站特殊電磁干擾的嚴(yán)重性，至今還沒有專門針對(duì)高壓電站電磁干擾方面的系統(tǒng)試驗(yàn)和理論研究，導(dǎo)致的結(jié)果是電子式互感器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中缺少與電站實(shí)際操作等效的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)測方法。眾多制造廠家簡單地瞄準(zhǔn)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)，即使達(dá)到最高級(jí)別，也不能完全適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用條件。

互感器的四大部件應(yīng)逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化，具有相互兼容的接口方式，以便具有通用性和互換性，可作為標(biāo)準(zhǔn)“插接”安裝于各種一次電器，達(dá)到不同廠家互感器可以更替和互換，也利于產(chǎn)品的維修、更換、版本升級(jí)換代。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王濤，鄭薇，潘晨等.電子互感器在智能變電站中的應(yīng)用研究[J].華章，2011，（28）：328.

[2] 馬偉，張曉春.數(shù)字化變電站的建設(shè)與研究[J].價(jià)值工程，2010，29（13）：164-165.

[3] 林江明.智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)研究[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，27（9）：1-1.

[4] 呂鵬，黃元亮，金卓昀等.光電互感器技術(shù)分析[J].軟件，2010，31（10）：27-32.DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2010.10.006.

[5] 袁珂.光數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].南昌大學(xué)，2010.