摘要根據(jù)烏魯木齊鐵路局烏拉泊水廠變電所改造工程的設(shè)計、施工以及運行經(jīng)驗，本文通過對智能變電站一次設(shè)備智能化技術(shù)的探討，說明智能化一次設(shè)備在智能變電站技術(shù)發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。

關(guān)鍵詞智能變電站電子式互感器智能斷路器合并單元智能終端

作為智能電網(wǎng)重要組成部分，基于IEC61850標準的智能變電站將變革傳統(tǒng)的變電站運行、檢修模式。由于其具有常規(guī)變電站無法比擬的一系列優(yōu)勢，越來越受到人們的重視。智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一是一次設(shè)備智能化，即斷路器、互感器等設(shè)備的智能化。

一、智能變電站概念及其特點

1.智能變電站基本概念。智能變電站是指以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對象，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺為基礎(chǔ)，通過對數(shù)字信息進行標準化，實現(xiàn)站內(nèi)外信息共享和互操作，實現(xiàn)測量監(jiān)視、控制保護、信息管理、智能狀態(tài)監(jiān)測等功能的變電站，它是常規(guī)變電站綜合自動化技術(shù)的延伸和發(fā)展。智能變電站在邏輯上分為過程層（第一層）、間隔層（第二層）、站控層（第三層）三層體系架構(gòu)。過程層主要包括斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備；間隔層主要包括繼電保護裝置、系統(tǒng)測控裝置、故障錄波器等二次設(shè)備；站控層由監(jiān)控主機、操作員工作站、遠動通信裝置和其他各種功能站構(gòu)成。

2.智能變電站主要特點。智能變電站基于IEC61850標準，具有“一次設(shè)備智能化、全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化、輔助系統(tǒng)智能化、高級應(yīng)用互動化”等重要特征，其傳輸信息為數(shù)字光信號，而常規(guī)變電站綜合自動化系統(tǒng)傳輸信息為模擬量信號，這是智能變電站與常規(guī)變電站綜合自動化系統(tǒng)之間的顯著區(qū)別，所以智能變電站要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一是實現(xiàn)變電站過程層一次設(shè)備的智能化，即實現(xiàn)互感器采樣值的數(shù)字化及斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備開入開出命令和信號的數(shù)字化以及一次設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測。智能化一次設(shè)備包括電子式互感器和智能斷路器等。

二、電子式互感器

電子式互感器依其變換原理分為兩大類，即采用線圈測量方式的有源電子式互感器和采用光學(xué)測量原理的無源電子式互感器。有源電子式互感器又稱為電子式電壓/電流互感器（EVT/ECT），其特點是需要向傳感頭提供電源。電子式電流互感器主要基于小功率輸出的傳統(tǒng)電磁感應(yīng)技術(shù)，電流變換即可用微型電流互感器，也可用羅式線圈，但由于后者具有更好的暫態(tài)響應(yīng)特性，故一般采用后者作為電流變換。電子式電壓互感器主要基于電容和電阻分壓技術(shù)。

無源電子式互感器又稱為光電式電壓/電流互感器（OVT/OCT），其特點是無須向傳感頭提供電源。光電式電流互感器主要是利用晶體的法拉第效應(yīng)，即光束通過磁場作用下的晶體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，測量光線旋轉(zhuǎn)角度來測量電流。光電式電壓互感器主要是利用晶體的普克爾效應(yīng)，通過測量電場強度來測量電壓。根據(jù)構(gòu)成材料，光電式電流互感器分為兩類，即磁光效應(yīng)互感器和純光纖互感器。

由于無源電子式互感器還存在一些難以突破的技術(shù)問題，其穩(wěn)定性和可靠性還未達到實用化的要求，所以，目前智能變電站多采用有源電子式互感器。

1.電子式電流互感器（ECT）。ECT的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其主要由以下四部分組成：

（1）一次傳感器。一次傳感器位于高壓側(cè)，包括一個低功耗線圈（LPCT）、兩個羅氏線圈、一個高壓電流取能線圈。低功耗線圈用于傳感測量級電流信號，羅氏線圈用于傳感保護級電流信號，取能線圈用于從一次側(cè)電流獲取電能供遠端電子模塊工作。

羅氏線圈是一種較成熟的測量元件，它實際上是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心線圈，將測量導(dǎo)線均勻地繞在截面均勻的非磁性材料的框架上，線圈兩端接上采樣電阻組成。羅式線圈的感應(yīng)信號與被測電流的微分成正比，經(jīng)積分變換等信號處理便可獲知被測電流的大小。

（2）遠端電子模塊。遠端電子模塊包括一次轉(zhuǎn)換器和電光轉(zhuǎn)換器，遠端電子模塊采集低功耗線圈及羅氏線圈的的輸出信號，經(jīng)濾波、積分變換及A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，通過電光轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號變?yōu)榇袛?shù)字光信號，然后通過光纖將數(shù)字光信號送至低壓側(cè)，供繼電保護和電能等設(shè)備使用。

（3）光纖絕緣子。絕緣子為內(nèi)嵌光纖的實芯支柱式復(fù)合絕緣子。絕緣子內(nèi)嵌8根62.5/ 125um的多模光纖，實際使用4根光纖（兩根傳輸激光，兩根傳輸數(shù)字信號），另外4根光纖備用。光纖絕緣子高壓端光纖以ST頭與遠端電子模塊對接，低壓端光纖以熔接的方式與傳輸信號的光纜對接。

（4）合并單元。合并單元一方面為遠端電子模塊提供供能激光；另一方面接收并處理遠端電子模塊下發(fā)的數(shù)據(jù)，對三相電流、電壓信號進行同步，并將測量數(shù)據(jù)按規(guī)定的協(xié)議輸出供二次設(shè)備使用。合并單元的輸出信號采用62.5/125um多模光纖傳送，接頭為ST型。合并單元可以作為獨立設(shè)備單獨設(shè)置，也可以集成于電子式互感器。

2.電子式電壓互感器（EVT）。電子式電壓互感器（EVT） -般由一次側(cè)傳感器（分壓器）、遠端電子模塊、光纖絕緣子與合并單元組成。分壓器低壓臂輸出的模擬信號通過遠端電子模塊進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/光轉(zhuǎn)換，經(jīng)光纖將數(shù)字光信號傳送至合并單元。根據(jù)一次側(cè)傳感器的分壓原理的不同又可劃分為電容分壓或電阻分壓，利用與電子式電流互感器類似的電子模塊處理信號，使用光纖傳輸信號。

三、智能斷路器及智能終端

斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備的智能化實現(xiàn)方式有兩種，一種是將智能控制模塊形成一個獨立裝置--智能終端，安裝在一次設(shè)備附近，實現(xiàn)一次設(shè)備的智能化；另一種方式是直接將智能控制模塊內(nèi)嵌在斷路器中，形成一個不可分割的整體，可直接提供網(wǎng)絡(luò)通信接口，稱之為智能斷路器。

在傳統(tǒng)斷路器等一次設(shè)備旁邊安裝智能終端，該裝置負責采集與斷路器、主變壓器、隔離開關(guān)、接地刀等設(shè)備相關(guān)的開入信號，并負責控制斷路器、隔離開關(guān)、接地刀的操作。通過智能終端實現(xiàn)一個間隔內(nèi)相關(guān)一次設(shè)備的就地數(shù)字化。智能終端作為過程層的一部分，為非智能的一次設(shè)備提供了外掛的智能接口。智能終端通過電纜與一次設(shè)備連接，通過光纖與間隔層的保護、控制裝置通信，將開人信息上傳，并接收間隔層設(shè)備的控制命令。通過智能終端，完全取消了間隔層與過程層之間的電纜。目前，這種方式比較容易實現(xiàn)，國內(nèi)智能化變電站建設(shè)基本采用常規(guī)斷路器+智能終端的方案。

將智能終端和斷路器一體化，可解決智能終端后期不便安裝及后期安裝影響開關(guān)設(shè)備本體電氣或絕緣性能等問題；同時將智能終端高度集成于斷路器本體，可實現(xiàn)信息資源共享，減少信號重復(fù)采集，并減少二次接線的工作量，使產(chǎn)品安裝調(diào)試簡單方便；另外，就地信號就地處理，提高了設(shè)備響應(yīng)速度和抗干擾能力，并且真正實現(xiàn)了一次設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測。

四、結(jié)束語

電子式互感器和智能斷路器及智能化一次設(shè)備的應(yīng)用，實現(xiàn)了互感器采樣值的數(shù)字化及開關(guān)設(shè)備開入開出命令和信號的數(shù)字化，在智能變電站技術(shù)中發(fā)揮著十分重要的作用。也期待智能化一次設(shè)備變電站在新疆的鐵路行業(yè)得到更廣泛的應(yīng)用，為新疆的發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

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