李靜

[摘 要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，從而電力設(shè)備的小型化、可靠化以及智能化提出了更高的要求，在該種背景下，傳統(tǒng)的常規(guī)互感器由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、龐大的體積、高昂的造價(jià)以及存在的鐵磁諧振等缺點(diǎn)，使得其明顯已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的電力系統(tǒng)發(fā)展需要。基于此，本文主要對(duì)當(dāng)前發(fā)展迅速的數(shù)字化變電站中計(jì)量裝置的重要組成部分電子式互感器以及光電式電能表進(jìn)行了詳細(xì)的分析，希望能夠促進(jìn)我國(guó)數(shù)字化變電站建設(shè)水平的不斷提升。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字化；變電站；電能；計(jì)量裝置；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）06-0167-01

1、引言

近些年以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)在穩(wěn)步發(fā)展，也帶來(lái)了電力生產(chǎn)以及電力傳輸系統(tǒng)容量的不斷增大，電網(wǎng)運(yùn)行電壓的等級(jí)也越來(lái)越高，在這種背景下使得建設(shè)數(shù)字化變電站建設(shè)成為未來(lái)變電站自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。在數(shù)字化變電站的電能計(jì)量裝置應(yīng)用中，互感器與電能表是兩個(gè)重要的組成部分，其中對(duì)于互感器來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的電磁式互感器明顯已經(jīng)難以滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，而且缺點(diǎn)明顯。本文中討論的數(shù)字化變電站中應(yīng)用的電能計(jì)量裝置主要采用電子式互感器與光電式電能表來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的電能計(jì)量工作，效果明顯，值得推廣使用。

2、電能計(jì)量裝置的構(gòu)成

一般情況下，互感器與電能表是計(jì)量裝置中的重要組成部分，而本文中所分析的數(shù)字化變電站中的計(jì)量裝置則主要是由光電式電能表與電子式互感器所組成。電子式互感器是具有模擬量電壓或數(shù)字量輸出，供頻率 15～ 100 H z 的電氣測(cè)量?jī)x器 和繼電保護(hù)裝置使用的電流電壓互感器。而光電式電能表主要是指在接收到數(shù)字化電流電壓信號(hào)候，通過(guò)運(yùn)算和處理，以實(shí)現(xiàn)計(jì)量功能的電能表。

其相關(guān)的介紹如下文所示：

3 電子式互感器

3.1電子式互感器組成

當(dāng)前光電互感器以及其他類(lèi)型的互感器發(fā)展迅速，而國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）也制定了相應(yīng)的電子式電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)IEC60044-7以及電子式電流互感器標(biāo)注IEC60044-8.按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們可以將所有的光電轉(zhuǎn)換器以及其他使用電子設(shè)備的互感器歸納為電子式互感器的范疇之內(nèi)。

以電子式電流互感器為例，其相應(yīng)的功能示意圖如下所示：

3.2電子式互感器的原理

串行感應(yīng)分壓器、采集器以及羅氏線圈是電子式傳感器的頭部部件，電流互感器傳感頭部件采用 Rogowski羅氏線圈和小功率鐵心線圈進(jìn)行計(jì)量或測(cè)量，而電壓互感器的傳感頭部件包括電容或電阻分壓器。傳感頭部件與電力設(shè)備的高壓部分等電位，傳感器變換后的電壓和電流模擬量由采集器就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。而一般情況下，由激光為采集器提供電源，采集器與合并器的數(shù)字信號(hào)傳輸及激光電源的能量傳輸全部由光纖來(lái)進(jìn)行。

3.3電子式互感器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

和傳統(tǒng)的電磁式互感器相比，將電子式互感器運(yùn)用在數(shù)字化變電站的電能計(jì)量中具有一系列明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在，一是不含鐵芯，有效消除了鐵磁諧振、磁飽和等相關(guān)問(wèn)題，同時(shí)還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，低壓邊無(wú)開(kāi)路高壓的危險(xiǎn)；二是絕緣性能良好，不需要投入太高的成本造價(jià)，這是因?yàn)樵陔娮邮交ジ衅鞯牡仉娢粋?cè)與高壓側(cè)之間的信號(hào)傳輸通常采用絕緣材料制造的石英光纖，成本更低；三是電子式互感器的動(dòng)態(tài)范圍較大，而且測(cè)量精度較高。這是因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)電子式互感器的電流并不是很大，但是短路電流卻是很大，而且隨著電網(wǎng)容量的不斷加大，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)的電流將越來(lái)越大。在這種情況下，由于電磁感應(yīng)式電流互 感 器 因存在磁飽和問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量，同時(shí)滿足高精度計(jì)量和繼電保護(hù)的需要。電子式電流互感器有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，額定電流可測(cè)到幾安培至幾千安培，短時(shí)大電流可達(dá)幾萬(wàn)安培。最后，電子式互感器還具有體積小、質(zhì)量輕等明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 光電式電能表

當(dāng)電子式互感器輸出數(shù)字信號(hào)之后，便通過(guò)光纖以太網(wǎng)將信號(hào)傳送給光電式電能表，而當(dāng)電能表接收到數(shù)字電流或者電壓信號(hào)后，便開(kāi)始通過(guò)CPU系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算和計(jì)算處理，并同時(shí)將處理的各類(lèi)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到鐵電存儲(chǔ)器之中，然后通過(guò)液晶顯示接口進(jìn)行動(dòng)態(tài)的顯示，最后通過(guò)相應(yīng)的串口（一般為RS485串口）傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)并接收后臺(tái)發(fā)送的指令。根據(jù)有功 電度和無(wú) 功電度產(chǎn)生的脈沖輸出用于電能表校驗(yàn)或電量的采集，信號(hào)指示燈用于監(jiān)測(cè)電能表的工作狀態(tài)是否正常，按鍵用于逐項(xiàng)翻看表內(nèi)所有信息數(shù)據(jù)。光電式電能表的實(shí)時(shí)運(yùn)算處理系統(tǒng)圖如下表所示：

目前應(yīng)用在數(shù)字化變電站中電能計(jì)量裝置中的光電式電能表主要具有分時(shí)計(jì)量、月統(tǒng)計(jì)電量、最大需量、實(shí)時(shí)測(cè)量、監(jiān)控、負(fù)荷曲線記錄、通信接口以及脈沖輸出等功能，明顯可以看出，其完全具備了電子式多功能電能表的功能。分時(shí)計(jì)量功能能夠按照尖、峰、平、谷種費(fèi)率時(shí)段進(jìn)行總有功、無(wú)功電量及A 、B 、C 三相元件正、 反向有功，四象限無(wú)功及感、容性無(wú)功電能的計(jì)量。月統(tǒng)計(jì)電量功能能夠?qū)€(gè)月的總電能及四種費(fèi)率進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的電能主要包括當(dāng)前月總電能及四種費(fèi)率分時(shí)的電能。最大需量功能可對(duì)總正、 反向有功電度和四個(gè)象限無(wú)功電度的最大需量，同時(shí)還能夠?qū)ψ畲笮枇康某霈F(xiàn)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。實(shí)時(shí)測(cè)量功能能夠?qū)偧?A、B、C三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、及電網(wǎng)頻率，同時(shí)還可以對(duì)功率的方向進(jìn)行顯示。而監(jiān)控功能可分別 累計(jì)各相失壓、失流、斷相時(shí)間和該段時(shí)間內(nèi)電表所計(jì)有功電量，并保存失壓、失流、斷相記錄。

5、結(jié)束語(yǔ)

總之，正是由于電子式互感器以及光電電能表所具有的一系列優(yōu)勢(shì)，使得其在數(shù)字化變電站的計(jì)量裝置中獲得了很好的應(yīng)用，其不僅測(cè)量精度更高，體積更小，而且具有更高的穩(wěn)定性以及抗干擾能力。筆者相信，隨著未來(lái)我國(guó)光電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，數(shù)字化變電站的電能計(jì)量裝置將會(huì)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮出更大的作用。

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