光纤电流互感器及其数字化变电站中的应用课件

1、光纤电流互感器及其数字化变电站中的应用广州伟钰光电科技公司广东中钰科技有限公司2009-8-6交流人员伍树东 广州伟钰光电科技公司 总工程师叶继红 广东中钰科技有限公司 产品总监丁文杰 广东中钰科技有限公司 副总经理联系方式02039902888dwj中钰科技 伟钰光电交流目录一、公司简介二、光电传感产品简介三、光纤电流互感器关键技术及特点四、光电互感器的校验及应用中钰科技 伟钰光电中钰科技企业愿景为智能电网提供从电能的产生到电能的消耗全方面的技术、产品及解决方案专业，所以专注 Professional, Focus on中钰科技架构广州伟钰光电科技公司北京清大华康电

2、子技术有限公司香港亿天科技有限公司广东中钰科技有限公司武汉华安电力设备有限责任公司研发管理中心北京研发中心武汉研发中心广州研发中心中钰科技 伟钰光电光电互感器及数字化变电站研发历史2001年，与华中科技大学合作光电互感器项目2002年，成立广州伟钰公司，进行产品化研究2003年，110KV光电互感器梅州挂网运行并组织完成产品鉴定2004年，教育部批准企业博士后工作站，专项研究光电互感器2005年，完善产品，220KV光电互感器通过型式试验并实现在网运行2006年，公司切入光纤互感器的研究，与美国慧视合作2007年，开始参与国内多个数字化变电站项目建设2008年，光纤电流互感器及基于GIS的光电

3、互感器试验成功，精度达到0.2S级。2009年，与美国慧视合资，深入光学传感领域中钰科技 伟钰光电光电互感器技术路线分类汇总中钰科技 伟钰光电产品图片中钰科技 伟钰光电各类光电互感器的适用范围110KV及以上罗氏线圈光电互感器目前应用较成熟，技术较可靠特别在基于GIS等上有明显优势10KV/35KV电子互感器适合配合智能开关应用到数字化变电站及智能配网系统光纤电流互感器技术上具有显著优势逐步应用成熟，将成为光电互感器的主流技术路线中钰科技 伟钰光电自主开发电子式互感器校验系统实验室校验系统：可校验精度达到0.1S级现场便携式校验系统：可校验精度达到0.2S级与湖北电科院合作， 比差0.5 角差

4、：0.1分中钰科技 伟钰光电产品研发队伍中钰、伟钰研发团队叶妙元 华中科大博士生导师 原企业博士后工作站负责人徐燕 华中科大教授肖霞 华中科技大学副教授博士后朱善君 清华大学教授博士导师合资中的美国慧视团队(ARASOR) 曹晓帆 博士（光纤通讯曹氏定律发明者）伍树东 教授Alexander Tselikov 光学物理博士叶小华 美国光电学博士中钰科技 伟钰光电研发部门内职能划分长期基础研发投入，超过销售额10%拥有超过20项相关专利技术中钰科技 伟钰光电研发及试验环境中钰科技 伟钰光电参与行业交流及国际业务中钰科技 伟钰光电电流测量的光学原理 玻璃的法拉第磁-光效应：左旋和右旋圆偏振光,在处

5、于磁场的玻璃中,有不 同的传播速度 *偏振测定法测量线偏振光偏振角旋转;*干涉法测量左旋与右旋圆偏振光位相差中钰科技 伟钰光电光纤环的法拉第磁-光效应1A线偏振光10圈光纤线偏振光空间旋转角 : 2.5 角弧秒两个圆偏振光之间的位相延时： 25 微-弧度DF = V N I中钰科技 伟钰光电应用干涉法的主要技术共光路光纤环干涉仪偏振调制实时数字信号处理开环检测闭环系统控制中钰科技 伟钰光电干涉仪输出光强为调制深度为电流引起的相移中钰科技 伟钰光电光强波形中钰科技 伟钰光电从 S1/S2计算F中钰科技 伟钰光电数据采集和处理取样率8 MHz125 ns / 取样点取样包率500 KHz2 ms

6、/取样包16 取样点 /取样包数据点率4 KHz250 ms / 数据点125 取样包 / 数据点D/AFPGA每个数据点上的谐波系数 S1, S2, S4.每个数据点上的测量结果DSP中钰科技 伟钰光电0.2s级电流互感器精度要求 电流(额定电流百分数）1%5%20%100%120%比差精度0.7%0.35%0.2%0.2%0.2%相位精度3015101010中钰科技 伟钰光电技术难点传感光纤材料的磁-光系数和双折射的热效应温度对电子系统和光学系统的影响系统的长期稳定性中钰科技 伟钰光电系统示意光学电流互感器光头部分光学信号处理单元合并单元（MU）保护单元中钰科技 伟钰光电热效应引起的误差(

7、4 个温度循环 -40 80 )中钰科技 伟钰光电系统信噪比中钰科技 伟钰光电系统的线性误差中钰科技 伟钰光电我们系统的优点 在 -40 to 80的工作温度范围内,精度满足0.2s级的要求对大电流没有限制,依然保持同样精度8KHz带宽,可测量高达40阶谐波不受外部磁场或振动的影响可适应 0-1000米的工作距离低成本中钰科技 伟钰光电 合并单元介绍（MU） 广州伟钰光电科技公司叶继红内容目录1.合并器应用及主要技术参数2.同步实现3.通信协议4.告警、自检功能的实现5.合并器性能特点6.互感器与二次设备的配合中钰科技 伟钰光电1.合并器主要技术参数环境参数正常工作温度： -10 55 极限工

8、作温度： -20 60 贮存及运输： -40 70 电气参数 直流工作电源： 220V / 110V，允许偏差： 20 主要技术指标：计量精度：0.2S级 保护精度： 5TPE 额定输出：额定测量电流： 2D41H 额定保护电流： 01CFH 额定电压： 2D41H电磁兼容 静电放电、射频电磁场、浪涌（冲击）、脉冲磁场 等九项试验 参照标准：GB/T 17626.212-1998绝缘试验 装置绝缘耐压、耐湿热、抗振动、抗冲击、抗碰撞等项目 参照标准：GB/T7261-2000的有关标准（绝缘20M）。中钰科技 伟钰光电2.同步实现在数字化变电站系统中，数据的同步是保证系统稳定性和可靠性的关键。

9、对于合并器，同步是保证采样数据可靠的关键环节。 合并装置接收来自站级GPS设备的同步秒信号（IRIG-B码），采用高精度晶振根据所需采样频率对秒脉冲进行分频产生同步采样信号；如果同步信号丢失，合并装置将告知二次设备，这时二次设备采用插值算法来实现同步。当变电站无同步信号源或同步源丢失时，可以手动设定一台合并器工作于同步信号输出，其余合并器接收，实现全站合并器的同步采样 特点：1、双通道冗余技术提供了同步信号的可靠性。2、晶振补偿技术提高了一致性和稳定性。中钰科技 伟钰光电3.合并单元通信协议（1）互感器与合并单元通信协议符合GB/T20840.7/8 标准规定（2）合并单元与测控保护装置通信协

10、议A）IEC6185091点对点通信协议B）IEC6185092点对多通信协议C）GOSSE网络通信格式中钰科技 伟钰光电4.告警、自检功能的实现综述：MU合并单元有完善的自检容错功能及较强的自恢复功能。并可根据数据帧格式中品质位将告警或故障信息告诉给二次保护或测控装置。告警类型：1、通信失效：含编码错误、混乱等通信故障。2、数据无效：数据采样是否准确可靠。3、通信中断：互感器电源正常或光纤中断。4、同步脉冲信号丢失：5、MU中FLASH、RAM、程序代码、FPGA等自检信息。中钰科技 伟钰光电5.合并器性能特点（1）同步实现：能接收GPS同步秒脉冲以及其它合并装置的同步秒脉冲或采样脉冲，也能

11、将本合并装置的同步秒脉冲或采样脉冲发送给其他合并装置，实现变电站多个合并装置间同步采样；交流量采集：能采集电磁式互感器输出的交流信号,通过合并装置处理后以IEC61850-9-1/2的格式输出,最多能同时采集8路电流、9路电压；通道扩展：合并装置与各二次设备之间通过91或92协议实现互联互通，其通道数量可根据实际需求方便扩展。合并装置有多个光纤以太网输出接口：一般为四路，最多可8路；中钰科技 伟钰光电5.合并器性能特点（2）多种类型：具有间隔合并器、电压并列合并器等多种类型及91或92输出协议，满足数字化变电不同应用场合合并器需求。结构优化：采用封闭、加强型单元机箱，多层屏蔽等抗振动、抗干扰设

12、计，特别适应于恶劣环境（可分散安装于开关柜上运行）。中钰科技 伟钰光电6.互感器与二次设备的配合（1）型 号功 能 说 明备注MU-1间隔合并器采集多路互感器数字信号及接收电压合并单元数字信号，完成间隔数字量同步及合并功能。IEC61859-9-1/ IEC61859-9-2方式与二次设备通信MU-2电压并列合并器采集母线电压及接收对侧母线电压，采集两段PT刀闸及分段开关状态自动完成两段母线电压并列及解列功能。IEC61859-9-1/ IEC61859-9-2方式与二次设备通信接收GOOSE 报文合并器类型:中钰科技 伟钰光电6.互感器与二次设备的配合（2）间隔合并：间隔合并器可以采集多路来

13、自电子式互感器的数字信号及来自电压合并单元的数字信号，并进行同步处理和合并，通过以太网(光纤或电子)接口给二次设备提供采样信息。电压并列：电压并列合并器可以采集多路来自电子式互感器的电压信号及来自对侧电压合并单元的数字信号，根据采集的开入状态（I母PT、II母PT、分段开关、切换把手），进行电压并列处理后，按照IEC61859-9-1/ IEC61859-9-2的格式打包后发送到二次设备（保护、测控等）。级联合并器：级联合并器可以采集来自多个下级合并单元的数字信号，按照IEC61859-9-1/ IEC61859-9-2的格式进行重新打包处理后发送到二次设备。中钰科技 伟钰光电6.互感器与二次

14、设备的配合（3）采样速率：MUE合并单元通过光纤串口（UART）与互感器进行数据的采集和交换。采集率可根据通讯速率灵活配置。默认采集率为80点/周波。MU根据采集率产生FPGA采样中断，向互感器发送同步采集命令，互感器接收到采集命令后进行数据的采集并将采样数据发送到FPGA接收缓冲区，完成一次UART数据采集过程。合并单元每24点产生一次外部中断命令，完成UART数据的校验和处理。中钰科技 伟钰光电6.互感器与二次设备的配合（4）光纤接口：多模光纤：ST接口，光波长 850nm/1310nm 发送功率： 大于等于-15db 接收灵敏度：小于等于-30db中钰科技 伟钰光电 产品测试及校验 广州

15、伟钰光电科技公司叶继红产品检测及互感器校验装置1、综述：公司光电互感器产品检测严格按照下列标准要求，对产品进行严格的测试：IEC600447 电子式电压互感器 IEC600448 电子式电流互感器 GB1207 电压互感器 GB1208 电流互感器 GB311.11997 高压输变电设备的绝缘配合 GB2706 交流高压电器动稳定试验方法 GB763 交流高压电器长期工作时的发热 GB5273 变压器、高压电器和套管的接线端子 GB2900 电工名词术语中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置2、ET6-OCV光电互感器出厂检验流程图PPPP外观检验一次端子工频耐压局部放电低压元器件工频耐压

16、准确度试验高低温试验72小时烤机试验包装入库不合格维修不合格维修不合格维修不合格维修不合格维修准确度试验不合格维修整机安装完毕PPP中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置（1）外观检查 :序号部位接收标准1传感头壳体：表面应光滑，无划伤痕迹；隔热罩：光滑无变形，安装牢靠；出线端子：表面平整、光滑，无开列；螺柱：连接牢固，无生锈；无滑牙滑丝损坏迹象；2光纤绝缘支柱无划伤，无灰尘；3底座表面：无划伤、无锈痕，无漆油过量、流淌、污渍、污点或漆面开裂等。铭牌：内容与产品完全一致；应完全贴合（不允许有起泡或边沿翘起），不允许有污渍和边沿破损。接地栓：焊接牢固，无锈痕，有清晰的接地符号；螺丝：连接牢固

17、，无生锈；无滑牙滑丝损坏迹象。4合并装置表面：表面光滑、无划痕、手感良好；按键：表面光滑，手感良好；LCD显示器：液晶面片上没有划痕、手印。图案、丝印、LOGO：必须与样板或者机壳图纸进行对比，确认所有印刷正确无误。5连接光纤中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置（2）一次端子工频耐压试验： 序号要求过程结果1外施工频电压：230 kV施加时间： 60大气校正因数K1外施工频电压：施加时间： 无击穿中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置（3）局部放电试验： 序号要求过程结果1预加电压：131kv,测量电压：80kv下局放量10pC;中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置（4）低压元

18、件工频耐压试验 序号要求过程结果1外施工频电压：2500V施加时间： 60使用5kV数字式工频耐压测试仪进行测试无击穿中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置（5）电路老化 ：主要是光电互感器的电路部分进行老化。电路类型老化温度老化时间户外电路708h户内电路408h合并单元408h中钰科技 伟钰光电产品检测及互感器校验装置（6）准确度试验 ：电压互感器（0.2级）测量精度（0.2）额定一次电压的百分数（）80100120比值差0.35%0.2%0.2%相位差（）10 10 10 保护精度（3P）额定一次电压的百分数（）25X比值差6%3%3%相位差（）240120120测试接线图中钰科技

19、伟钰光电产品检测及互感器校验装置（6）准确度试验 ：电流互感器（0.2S级）精度类型在下列额定电流百分数时的比值差%520100120比值差%0.750.350.200.20相位差（）30151010准确度在额定一次电流下比值差(%)在额定电流一次电流下相位差（）复合误差(额定准确限值一次电流)最大峰值瞬时误差(准确限值下)5TPE级160510测试接线图中钰科技 伟钰光电电子式互感器校验系统实验室校验系统：可校验精度达到0.1S级现场便携式校验系统：可校验精度达到0.2S级中钰科技 伟钰光电系统构成该系统分为电流标准通道，电压标准通道，电流被测通道，电压被测通道，校验仪数据处理平台。电流标准

20、通道由传感部分、采集器、传输模块、电源管理模块组成。电流被测通道由被校互感器、信号转换器、传输模块组成。 在不停电的情况下，传感部分将传输线上的电流转换成电压信号，校验仪通过采集器获取标准电流传感器和被校电流传感器的电参量，并将这些电参量以标准格式上传给计算机，计算机数据处理平台将同一时刻的两个信号进行比对处理，计算出被校电流传感器的误差情况，显示并记录测量结果。电压标准通道由传感部分，采集器，传输模块、电源管理模块组成。电压被测通道由被校互感器、信号转换器、传输模块组成。工作原理与电流校验系统相同。中钰科技 伟钰光电特点 符合GB/T 20847.7 /8、IEC61850-9-1/2标准；功能强大，适用于基于G/T 20847.7 /8的电子式电流、电压互感器的模拟量输出接口、数字量输出接口的校验，也适用于传统电流、电压互感器校验；基于虚拟仪器的设计，操作简单，配置灵活，系统稳定；准确度高、可靠性强。准确度等级达到0.05级，具有S级校验功能，可用于对0.2S级电子式电流互感器和0.2级电子式电压互感器比对和校验。采用专利技术特别设计的高准