NAE-G系列全光纤电流互感器介绍V6.1

1、. NAE-GL 系列系列 全光纤电子式电流互感器应用与校验全光纤电子式电流互感器应用与校验 . . . . 目 录 1 NAE-GL 系列产品的总体方案系列产品的总体方案.1 1.1 总体方案.1 1.2 全光纤电子式互感器应用功能与连接.2 1.3 NAE-G 系列产品的型号选择.4 2 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器系列全光纤电子式电流互感器.5 2.1 概要.5 2.2 基本工作原理.8 2.3 技术分析.9 2.4 同类产品的比较.10 2.5 产品组成环节.11 2.6 主要技术参数.15 2.8 实际应用.15 . . 1NAE-GL 系列产品的总体方案系列产品的总体方

2、案 1.1总体方案总体方案 对于数字化变电站过程层的传感设备主要包括三个部分内容： 电子式电流互感器，电子式电压互感器和合并单元，如图 1.1 所示。 而对于电子式电流、电压互感器而言也分别包括了传感部分和电气 部分。 目前市场上电子式电流互感器产品主要有低功耗线圈实现的电 子式电流互感器（LPCT） 、用罗氏线圈来实现的有源型电子式电流 互感器、磁光玻璃实现的电子式电流互感器以及基于全光纤的电子 式电流互感器等几类，都有一些实际运行或挂网的经验；电子式电 压互感器的产品主要有电容分压式电子互感器，电感变压式电子互 感器两类，工程化过程中也有一些实际运行的经验。 图 1.1 过程层传感设备功能

3、块框图 . . 1.2全光纤电子式互感器应用功能与连接全光纤电子式互感器应用功能与连接 图 1.2 示出了过程层传感设备应用功能与连接示意图。可以看 出，电流光纤敏感环通过光纤与电流电气单元相连接，电压敏感源 通过屏蔽电缆（对电容分压式电子互感器而言）或光缆（对光晶体 作为敏感源而言）与电压电气单元相连。电气单元一方面接受来自 合并单元的同步时钟信号对数据进行同步，另一方面将测定的数据 传送到合并单元中。电气单元还留有通讯接口，用于同当地的手持 验证终端进行信息交换，用来查验电流、电压的数值等数据。合并 单元接受来自外部的时钟对时信号，也发出多路时钟同步信号用于 电气单元内数据同步；合并单元接

4、受来自多路电气单元的数据，处 理后输出多路数据信号用于相关的保护和测量等使用。 . . 图 1.2 过程层传感设备应用功能与连接示意图 . . 1.3NAE-G 系列产品的型号选择系列产品的型号选择 1.3.1 型号选择型号选择 1.3.2 订货须知订货须知 订货时，除了上述型号选择的信息外，还应当关注以下的信息。 . . 2NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器系列全光纤电子式电流互感器 2.1概要概要 由国电南瑞科技股份有限公司（以下简称“国电南瑞” ） 、北京 航天时代光电科技有限公司（隶属于中国航天九院，以下简称“航 天时代” ）联合成立的南瑞航天（北京）电气控制技术有限公司（以 下

5、简称“南瑞航天” ）作为国电南瑞光学技术的科研开发基地，在光 纤陀螺技术的基础上，经过多年的研发和技术积累，成功开发出全 光纤电子式互感器，取得了多项科技成果。国电南瑞是航天时代和 南瑞航天唯一授权进行光学电子式互感器的科研生产、工程设计与 技术实施的单位，具有整套智能变电站的解决方案，可以为用户提 供“交钥匙工程” ，具有强大的开发、市场、工程实力。 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器采用了国际主流技术 （全光纤光路加闭环控制技术） ，完全克服了以往电子式电流互感器 （比如 Rogowski 线圈和磁光玻璃式互感器）的缺点，使得产品的稳 定性、可靠性、安全性和免维护寿命得到很大提高。N

6、AE-GL 系列全 光纤电子式电流互感器已通过江苏省科技成果鉴定，技术成果“技 术先进、性能稳定可靠、填补国内多项技术空白，达到国际领先水 平” 。 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器是集保护、计量为一体 的高性能、高精度的电子互感器。具有安全性能好，测量动态范围 . . 大、频率响应度高、体积小、重量轻等特点。保护用的级别可达 1P50（最大 150kA） ，测量级别为 0.2s 级，性能指标完全符合国际 标准（IEC60044-8）和国家标准（GB/T 20840.8） ，可以广泛用于 数字化变电站中的继电保护装置、监控测量装置、计量设备及故障 录波装置及其他类似装置的数据采集，并满

7、足相关设备对数据采集 的各项需求。 2.1.1 特点特点 NAE-GL 系列全光纤电子式互感器具有以下突出的优点： 测量精度高：全光纤电子式互感器每相只有一个敏感环，同 时满足计量精度和保护应用，计量精度满足 0.2s 准确级要 求，保护精度远优于 5P； 宽动态范围：可在 1%200%额定电流范围内满足计量精 度，在到 150kA 范围内满足保护精度要求； 高带宽：带宽可达 10kHz，能够实现准确的暂态电流测量、 电能质量分析、故障录波等； 绝缘方式简单：一次侧与二次侧的信号传递依靠光纤，绝缘 易于实现，且在电压等级越高的应用场合，优势也越明显； 敏感环安装方式灵活：电流敏感环安装的连接方

8、式有多种选 择，除采用传统汇流排的方式外还可采用无接触穿心式，无 附加动稳定和热稳定问题； 抗环境电磁干扰能力强：电流敏感环具有很强的抗电磁干扰 . . 能力，其偏心安装、金属套筒外安装等方式均不影响使用精 度； 安全性高、绿色环保：全光纤电子式互感器无二次开路危险、 无爆炸危险，节省金属材料，运输成本低，占地面积少，安 装维护简单。 2.1.2 主要业绩主要业绩 （截止（截止 2009 年年 6 月）月） 淮北电厂 110kV 出线间隔试验工程（31 相，独立支柱式） 上海 220kV 南汇变电站工程科研试验项目（31 相，独立 支柱式） 内蒙赤峰 220 kV 元宝变电站工程 （3 相，独

9、立式与隔离开 关一体化） 上海 110kV 封周变电站工程（18 相，GIS 内安装） 上海 110kV 蒙自变电站工程（27 相，GIS 内安装） 贵阳 220kV 金阳变电站工程科研试验项目（3 相，独立支柱 式） 贵阳 110kV 沙河变电站工程（6 相，GIS 内安装） 华东 500kV 苏州东数字化间隔（6 相，独立支柱式） . . 2.2基本工作原理基本工作原理 图 2.1 NAEGL 系列全光纤电子式电流互感器工作原理 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器利用的是磁光法拉第 （Faraday）效应，其基本的工作过程如下（参见图 2.1）：光源发 出的光被分成两束物理性能不同光

10、，并沿光缆向上传播（见红、绿 箭头） ；在汇流排处，两光波经反射镜的反射并发生交换，最终回到 光电探测器处并发生相干叠加；当通电导体中无电流时，两光波的 相对传播速度保持不变，即物理学上所说的没有出现相位差（图 2.2a） ；而通上电流后，在通电导体周围的磁场作用下，两束光波的 传播速度发生相对变化，即出现了相位差（图 2.2b） ，最终表现的是 探测器处叠加的光强发生了变化，通过测量光强的大小，即可测出 对应的电流大小。 . . a b 图 2.2 两偏振光相干叠加示意图 2.3技术分析技术分析 在磁光法拉第效应的基础上，NAE-GL 系列全光纤电子式电流 互感器综合利用了光纤传感技术和闭环

11、控制技术，很好的克服了其 他电子式电流互感器的缺点，具体表现为： 2.3.1 闭环控制（负反馈）技术扩大了准确度下的动态范围闭环控制（负反馈）技术扩大了准确度下的动态范围 对于采用 Rogowski 线圈和磁光玻璃等电子式电流互感器而言， 都是采用的开环控制技术，这在准确度和动态范围的稳定性方面从 原理上来说就有一定的局限性，所以要达到高性能的要求还是需要 进一步研究的。而 NAE-GL 系列的全光纤电子式电流互感器采用的 是基于全数字闭环控制技术，对各种可能出现的偏差进行校正，真 正达到一个完善的自适应控制系统，从原理和实现的手段上保证了 电子互感器的精度和动态范围。 2.3.2 共光路、差

12、动信号解调方式提高了抗干扰能力共光路、差动信号解调方式提高了抗干扰能力 对于磁光玻璃式电子式电流互感器而言，光信号输入端和输出 端不在同一点，走的路径是一个单向路径，当受到来自外界的温度 变化，振动以及电磁场辐射等因素的干扰，单向路径受干扰源的影 . . 响就可能会产生同向误差，使得产品的精度出现不稳定性，也影响 了产品的实际使用效果。而对于 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互 感器而言，光信号输入输出端在同一点，采用同一个光路，即使来 自外界的温度变化，振动以及电磁场辐射等因素的干扰，同一光路 路径受干扰源的影响出现的误差也会互相抵消，从而提高了产品的 稳定性。 2.3.3 全光纤结构提高

13、了系统的可靠性全光纤结构提高了系统的可靠性 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器中敏感元件和传输元件 都为光纤，可以熔融连接，不受外界环境温度的影响，真正做到了 敏感元件的长期稳定性和免维护，提高了系统的可靠性。 2.4同类产品的比较同类产品的比较 下表 2.1 列出了各类型电流互感器在几个方面的表现差异。 表表 2.1 不同电流互感器特点比较不同电流互感器特点比较 电子式电子式 光学式光学式项项 目目电磁式互感器电磁式互感器 光电混合式光电混合式 磁光玻璃式磁光玻璃式全光纤式全光纤式 测量原理测量原理电磁感应电磁感应法拉第效应法拉第效应 敏感元件敏感元件电磁线圈空心线圈光学玻璃光纤 能否

14、测直流能否测直流否否可测可测，且精度高 抗电磁干扰抗电磁干扰好差好好 安全性能安全性能差好好好 是否有源是否有源无有 1 无 2 无 安装灵活性安装灵活性差差差好 . . 注 1：罗式线圈电流互感器在 GIS 应用中可以采用无源方式。 注 2：磁光玻璃与 LPCT 组合式为有源方式。 2.5产品组成环节产品组成环节 NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器产品主要有光纤敏感环， 连接光缆及其护套或绝缘子、电气单元组成。下图 2.3 为在 GIS 中 应用的示意图。 图 2.3 GIS 集成方式全光纤电子式电流互感器组成示意图 2.5.1 敏感环敏感环 光纤电流互感器敏感环主要有 2 种结构形式

15、，分别用于 GIS 方 式及其他应用场合，两种结构分别见图 2.4 和图 2.5，所对应的产品 型谱见表 2.2 . . 图 2.4 NAE-GLXXXG 系列产品敏感环 图 2.5 NAE-GLXXXZ、NAE-GLXXXF 系列产品敏感环 . . 表表 2.2 全光纤互感器敏感环型谱表全光纤互感器敏感环型谱表 2.5.2 电气单元电气单元 电流电气单元介于光纤电流敏感环和合并单元之间，实现光探 测信号的发送、电流信息的采集和处理及与合并单元的通讯等功能， 是全光纤电子式电流互感器的重要组成部分。 电流电气单元内部有解调模块、电源模块、通讯模块及电气母 板组成。其中解调模块分别是 A、B、C

16、 三相和两个备用，最多可达 4 个模块插槽，可以根据具体需要选择合适数量的解调模块。光纤敏 感环和解调模块一起构成一相光纤电流互感器，以功能模块的方式 插入到箱内的母板上。 除电源输入接口外，其它输入、输出接口均为光缆，其中 型号 外径 D1（mm） 内径 D（mm） 厚度 H（mm） 重量 W （kg） NAE-GL110G335280191.2 NAE-GL220，NAE-GL330G410340192.0 NAE-GL220G（双备份） NAE-GL330G（双备份） 410340384.0 NAE-GL500G680540193.0 NAE-GL500G（双备份）680540396.0

17、 NAE-GL110Z、F/260305 NAE-GL220Z、F/3203010 NAE-GL220Z、F（双备份）/3205015 NAE-GL330Z、F/3203015 NAE-GL330Z、F（双备份）/3205020 NAE-GL500Z、F/5203020 NAE-GL500Z、F（双备份）/5205025 . . A、B、C 三相光缆分别连接 A、B、C 三相光纤电流敏感环，另外还 有一个备用。两个光纤接口通过光缆和合并单元相连，其中一个是 合并单元为电流电气单元提供同步采样脉冲，另一个是电流电气单 元与合并单元（MU）之间的串行通讯光缆，电流数据信息按照预定 的协议通过光缆送

18、到合并单元上。还有一个光纤输出接口用于和手 持验证终端连接，用于在线状态下验证电流数据的输出。各光缆/电 缆的具体参数如下： A、B、C 三相及备用光缆外径 6，长度根据现场情况可选； 采样脉冲光缆，外径 3，多模光纤，波长 850nm，ST 接 头； 串行通讯光缆，外径 3，多模光纤，波长 850nm，ST 接 头； 电源输入电缆，外径 8。 电流电气单元的结构，主要是密闭箱体结构，尺寸如图 2.6 所 示，为一 440400145（mm）的矩形箱体。连到电气单元箱中的 光缆、电缆通过电气单元箱的开孔与外界连接，所有接缝和开孔已 进行了密封和电磁屏蔽设计。 . . 图 2.6 电流电气单元箱体结构和尺寸 2.6主要技术参数主要技术参数 表表 2.3 主要技术参数主要技术参数 序号名称性能 1电源电压110、220VDC20% 2功耗30W 3工作条