數(shù)字化變電站技術(shù)及電子互感器技術(shù)研究

于明光，王 強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司本溪供電公司，遼寧 本溪 117000）

1 數(shù)字化變電站的技術(shù)特點(diǎn)分析

1.1 層次化

數(shù)字化變電站為三層結(jié)構(gòu)，包括過(guò)程層、間隔層、站控層。三層之間借助高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信。電氣設(shè)備智能化部分位于過(guò)程層，主要負(fù)責(zé)測(cè)量電氣量參數(shù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行、驅(qū)動(dòng)操作控制。相較傳統(tǒng)變電站而言，數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的模型建設(shè)，利用間隔層可對(duì)通信信息進(jìn)行分層次傳輸，并且形成了標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，可實(shí)現(xiàn)與智能化設(shè)備的無(wú)縫對(duì)接[1]。

1.2 層間無(wú)縫通信

數(shù)字化變電站中，各層之間利用高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)變電站與控制系統(tǒng)的通信，大幅提升了信息傳遞效率和共享水平。數(shù)字化變電站在具備傳統(tǒng)變電站監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制等功能的基礎(chǔ)上，還借助標(biāo)準(zhǔn)化的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、遙視、仿真模擬等功能[2]。標(biāo)準(zhǔn)化操作平臺(tái)依靠站控層中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可即時(shí)處理各類(lèi)對(duì)象模型，提高數(shù)字化變電站的運(yùn)行維護(hù)工作效率。

1.3 設(shè)備關(guān)聯(lián)程度高

數(shù)字化變電站中，各類(lèi)設(shè)備相互關(guān)聯(lián)的程度相對(duì)較高。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行條件下，變電站的保護(hù)設(shè)備、監(jiān)測(cè)設(shè)備、通訊設(shè)備、控制設(shè)備等均在同一網(wǎng)絡(luò)下運(yùn)行，使得一次設(shè)備和二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。

2 電子互感器技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

2.1 電子互感器的原理

電子互感器歸屬于電氣測(cè)量?jī)x器的范疇，由互感器測(cè)量所得的電氣量，可以傳給控制裝置。電流互感器和電壓互感器是電子式互感器中最常見(jiàn)的兩種類(lèi)型。雖然這兩種類(lèi)型的互感器在功能上有所差別，但它們的基本原理沒(méi)有顯著差異，具體的工作原理如圖1所示。

圖1 電子互感器的工作原理

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析可知，當(dāng)電子互感器中的一次傳感器接收到相關(guān)的信號(hào)后，會(huì)經(jīng)過(guò)處理后傳給一次轉(zhuǎn)換器，隨后再傳給傳輸系統(tǒng)，最終利用二次轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣量，并提供給繼電保護(hù)等裝置，為監(jiān)控、保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)提供可靠依據(jù)[3]。

2.2 具體應(yīng)用

數(shù)字化變電站中，對(duì)電子互感器進(jìn)行具體應(yīng)用時(shí)，互感器的配置是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。配置的合理與否，直接影響電子互感器功能和作用的發(fā)揮。在對(duì)電子式互感器進(jìn)行配置的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)如下要點(diǎn)加以注意。

雙重化標(biāo)準(zhǔn)?？梢园凑针妷旱燃?jí)對(duì)電子互感器進(jìn)行合理選擇，并利用光纖進(jìn)行連接，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)控制室內(nèi)合并單元信號(hào)的傳輸。在信號(hào)通道配置上，應(yīng)當(dāng)按照雙重化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置。

范圍控制。對(duì)于電壓等級(jí)為110 kV的變電站，在對(duì)電子互感器進(jìn)行配置的過(guò)程中，信號(hào)應(yīng)當(dāng)輸入到控制室內(nèi)的合并單元，并且不得超出這個(gè)范圍，以免引起設(shè)備異常。

按組屏方式安排。在電壓等級(jí)為10 kV的數(shù)字化變電站中，可在開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部選擇一個(gè)適宜的位置對(duì)電子互感器進(jìn)行配置。互感器的安排，可按照開(kāi)關(guān)柜的組屏方式確定。如果開(kāi)關(guān)柜采用的是集中組屏方式，電子互感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后，會(huì)傳給位于控制室內(nèi)的合并單元，而合并單元輸出的信號(hào)，則會(huì)傳給位于間隔層內(nèi)的數(shù)字化終端。

設(shè)置輸入通路。在對(duì)電子互感器進(jìn)行配置時(shí)，應(yīng)針對(duì)其上的合并器增設(shè)一條輸入通路。對(duì)于電流相對(duì)較小的接地選線(xiàn)，則可通過(guò)零序互感器實(shí)現(xiàn)[4]。

變壓器測(cè)溫。電子互感器在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，通常依托光纖線(xiàn)路。對(duì)于檢測(cè)到變壓器的溫度信息，可通過(guò)模擬電流輸出到控制室的合并單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的溫度監(jiān)控。

2.3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過(guò)研究電子互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，電子互感器具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

提升保護(hù)裝置的正確率。數(shù)字化變電站中，通過(guò)電子互感器的應(yīng)用，大幅提升了保護(hù)裝置動(dòng)作的正確率。由于電子互感器中沒(méi)有鐵芯，不存在磁飽和的隱患問(wèn)題，且互感器還具有良好的暫態(tài)性，對(duì)于設(shè)備故障的反應(yīng)不但及時(shí)而且準(zhǔn)確。這些性能指標(biāo)，滿(mǎn)足了數(shù)字化變電站內(nèi)以暫態(tài)信號(hào)作為判斷參量的微機(jī)保護(hù)裝置的動(dòng)作要求[5]。通過(guò)對(duì)某數(shù)字化變電站應(yīng)用電子互感器前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有應(yīng)用電子互感器前，全年誤動(dòng)作的次數(shù)在10～12次，由此引起的大范圍停電事故2起，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用電子互感器后，繼電保護(hù)裝置未出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)作的情況。

抗干擾能力增強(qiáng)。電子互感器在數(shù)字化變電站的應(yīng)用，可以有效消除鐵磁諧振，由此進(jìn)一步增強(qiáng)了抗干擾能力[6]。例如，某數(shù)字化變電站原本采用的是電磁式電壓互感器，某一次側(cè)熔斷器保險(xiǎn)絲熔斷，引起電壓減載保護(hù)和低頻保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，引發(fā)大范圍停電事故。通過(guò)對(duì)這次事故的成因進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)殍F磁諧振產(chǎn)生的過(guò)電壓導(dǎo)致熔絲熔斷。由于電子互感器不會(huì)出現(xiàn)鐵磁諧振情況，所以運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓。可見(jiàn)，它的應(yīng)用能夠有效解決該問(wèn)題。

降低成本低。在數(shù)字化變電站中，電子式互感器與傳統(tǒng)變電站的電磁式互感器相比，具備體積小、功耗小、質(zhì)量輕、節(jié)能性好等優(yōu)勢(shì)。電子式互感器采用的絕緣材料為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的玻璃纖維，可有效降低電子式互感器的成本。電子式互感器的各個(gè)電子器件損壞率較低，使用壽命較長(zhǎng)，可減少運(yùn)行維護(hù)階段的成本支出。調(diào)查資料顯示，應(yīng)用傳統(tǒng)的電磁式繼電器，每年需要付出的維修費(fèi)用為12萬(wàn)元。而應(yīng)用電子式繼電器，每年維修費(fèi)用不足3萬(wàn)元，成本控制效果明顯。此外，電子式互感器的耗電量較小，僅為傳統(tǒng)電磁式繼電器耗電量的1/7左右。

節(jié)約人力資源。數(shù)字化變電站中，借助高速網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)電子式互感器的數(shù)字信號(hào)快速傳遞，提高數(shù)據(jù)通信速率。在變電站數(shù)據(jù)通信要求下，還可以構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互感器數(shù)據(jù)的高度共享。數(shù)字化變電站可依靠遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化操作和遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，大幅減少運(yùn)維人員的工作量，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人值班，有效節(jié)省人力資源配置。根據(jù)調(diào)查資料顯示，數(shù)字化變電站在應(yīng)用電子式互感器后，與傳統(tǒng)的變電站相比，可節(jié)省40%的人員配置。

減少故障發(fā)生。數(shù)字化變電站中，智能化設(shè)備的故障發(fā)生率明顯降低。這是因?yàn)殡娮邮交ジ衅骼霉饫w連接高壓側(cè)與低壓側(cè)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，可有效避免高壓回路和二次回路對(duì)信號(hào)傳輸造成干擾，消除設(shè)備誤動(dòng)作現(xiàn)象。此外，電子式互感器具備測(cè)量精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)勢(shì)，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)電磁式互感器依靠補(bǔ)償元件提高測(cè)量精度的弊端。這種情況能夠減少元件之間的連接故障，使電子式互感器利用自身功能便可以滿(mǎn)足變電站的運(yùn)行要求，無(wú)需借助其他元件設(shè)備。調(diào)查資料顯示，數(shù)字化變電站應(yīng)用電子式互感器可明顯降低繼電保護(hù)裝置的故障率，降低幅度高達(dá)80%。

3 結(jié) 論

綜上所述，在數(shù)字化變電站中，通過(guò)對(duì)電子互感器的合理配置和應(yīng)用，提高了變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了電子互感器的優(yōu)勢(shì)。為推動(dòng)數(shù)字化變電站的發(fā)展，應(yīng)對(duì)電子互感器進(jìn)行大范圍推廣使用。同時(shí)，業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，加大對(duì)電子互感器技術(shù)的研究力度，通過(guò)不斷改進(jìn)、優(yōu)化，完善電子互感器的性能，從而使其更好地為數(shù)字化變電站服務(wù)。

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