NAE-G系列全光纤电流互感器介绍V61

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.11.1 总体方案.11.2 全光纤电子式互感器应用功能与连接.21.3 NAE-G 系列产品的型号选择.42 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.52.1 概要.52.2 基本工作原理.82.3 技术分析.92.4 同类产品的比较.102.5 产品组成环节.112.6 主要技术参数.152.8 实际应用.151NAE-GL 系列产品的总体方案系列产品的总体方案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

2、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

3、.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

4、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

5、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。NAE-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

6、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

7、.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

8、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

9、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，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

10、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

11、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。

12、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

13、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、

14、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，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

15、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 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-GL110G335280191.2NAE-GL220，NAE-GL330G410340192.0NAE-GL220G（双备份）NAE-GL330G（双备份）4103

16、40384.0NAE-GL500G680540193.0NAE-GL500G（双备份）680540396.0NAE-GL110Z、F/260305NAE-GL220Z、F/3203010NAE-GL220Z、F（双备份）/3205015NAE-GL330Z、F/3203015NAE-GL330Z、F（双备份）/3205020NAE-GL500Z、F/5203020NAE-GL500Z、F（双备份）/5205025A、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

17、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

18、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30W3工作条件及环境工作温度范围：4065相对湿度：954敏感光纤环尺寸见表 2.25电气单元箱体尺寸密封箱体结构：长宽高440400145（mm）6合并单元尺寸标准机架结构：6U，1/3 19。光缆长度A、B、C 三相及备用相光缆根据现场情况选择，采样脉冲光缆、串行通讯光缆长度根据现场情况选择7 通讯光缆规格外径 3，多模光纤，波长 850nm，ST 接头8电磁兼容满足 GB/T 17626， GB/T20840.8-2007 的要求9低压元件工频耐压和雷电冲击各输入、输出端施加直流电压 2.8kV，1min各输入、输出端施加全波电压 5.0kV，正负极性各 3 次10采