数字化变电站中电能计量装置的应用

第36卷2008年10月云 南 电 力 技 术YUNNANELECTRICPOWERVol136No15

Oct12008

数字化变电站中电能计量装置的应用

余恒洁

(云南电网公司昆明供电局,云南 昆明 650011)

摘要:数字化电能计量装置是数字化变电站中不可或缺的部分,其信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化,取代传统的CT电缆和PT电缆接线。文中着重对数字化电能计量装置的组成及其功能、优势分别进行阐述。

关键词:电能计量装置 数字化 电子式互感器 光电式电能表

中图分类号:TM93 文献标识码:B 文章编号:1006-7345(2008)05-0064-03

1 前言

电能表与互感器是计量装置中的重要组成部分,数字化变电站中计量装置主要也是由电子式互感器和光电式电能表组成。其工作原理是电子式互感器按照一定的比例关系将输电线路上的高电压或大电流变为的标准的数字电信号通过光纤通道传输到光电式电能表进行数据处理并储存。数字化计量装置解决了传统计量装置中高压互感器普遍存在体积大、重量重、造价高、运输与安装困难、频带窄、易饱和及电能表存在误差等问题。随着光电子技术的发展,数字化计量装置将得到广泛应用。

传输全部由光纤来进行,见图1。

图1 采集器与合并器信号传输图

212 电子式计量装置二次连接部分

电子式电流电压互感器二次部分采用新型的

电子元器件,可通过合并器直接与数字化仪表和智能综合测量保护装置及计算机相连,较好的解决了计算机技术对电流电压完整信息进行全过程数字化处理的要求,进而完成对电网电气设备进行在线状态监测、控制和保护。

合并器可以接收、处理来自多个采集器的数字信号,有的还可以接收处理电磁式互感器提供的电压、电流模拟量。合并器对这些信号进行汇集处理后,输出到监控、保护、计量等装置。

光电互感器的信号传输形式可以采用光缆(光纤)实现,光信号的突出优点以及光纤通信技术的广泛采用使得变电站内部及其与上级站之间的数据传输更加可靠和迅速。光电互感器与光纤通讯技术和微机相结合组成光纤局域网应用于电力系统是变电站自动化的一个重要的发展方向。

2 计量装置的组成

211 电子式电流电压互感器

电子式电流、电压互感器(即ECT、EPT)采用新型传感原理,利用光电子、光通信及电子技术,以光数字信号输出实现电力系统电流、电压测量的测量,从根本上解决了互感器电流、电压信号传输中产生的附加误差。

电子式互感器的传感头部件包括串行感应分压器、罗氏线圈、采集器等。电流互感器传感头部件采用Rogowski罗氏线圈和小功率铁心线圈进行计量或测量;电压互感器的传感头部件包括电容或电阻分压器。传感头部件与电力设备的高压部分等电位,传感器变换后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。采集器的电源由激光供给,采集器与合并器的数字信号传输及激光电源的能量

收稿日期:2008-05-08

64 第36卷

213 光电式电能表

数字化变电站中电能计量装置的应用2008年第5期

311 电子式电流电压互感器的优势

相较传统的电流、电压互感器,电子式电流互感器和电子式电压互感器具有不含铁芯、没有磁饱和、频带宽、动态测量范围大、测量准确度高、测量保护范围内完全线性、传输性能好等优点,且体积小、重量轻。特别是电流互感器二次开路不会产生高电压,二次几乎工作在开路状态,电压互感器二次短路不会产生大电流,也不会产生铁磁谐振,根除了电力系统运行中的重大故障隐患,保证了人身和设备安全。

1)简单的绝缘结构,优良的绝缘性能,电子式互感器以光纤为信号传输媒质将高压侧转换得到的光信号传送到低压侧,绝缘结构简单,发挥了光纤系统的绝缘性能好的优点。

2)可以做到电流电压一体化设计,同时提供测量、保护用电流和电压信号。

3)罗氏线圈实现的大电流传变,使得光电电

光电式电能表在接收到光纤以太网传送的数字化电流电压信号后,实时运算和处理CPU系统对该数据进行处理,处理后产生的各类数据实时存入FRAM(铁电存储器)并通过液晶显示接口进行动态显示,通过RS485串口送往后台系统并接收后台发送的指令。根据有功电度和无功电度产生的脉冲输出用于电能表校验或电量的采集,信号指示灯用于监测电能表的工作状态是否正常,按键用于逐项翻看表内所有信息数据。见图2。

图2 实时运算处理系统图

光电式电能表具有分时计量、最大需量、月统计电量、实时测量、监控、负荷曲线记录、脉冲输出与通信接口等功能。完全具备了电子式多功能电能表的功能。

1)分时计量功能,可按尖、峰、平、谷四种费率时段进行总有功、无功电量及A、B、C三相元件正、反向有功,四象限无功及感、容性无功电能的计量。

2)最大需量功能,可计算总正、反向有功电度和四个象限无功电度的最大需量,并记录最大需量的出现时间。

3)月统计电量功能,可计算当前月总电能及四种费率分时的电能,并存储最近12个月的总电能及四种费率电能。

4)实时测量功能,可测量总及A、B、C三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、及电网频率,并显示功率方向。

5)监控功能,电能表可分别累计各相失压、失流、断相时间和该段时间内电表所计有功电量,并保存失压、失流、断相记录。

6)负荷曲线记录功能。

7)脉冲输出与通信接口,电表具有无源脉冲输出和无源测试脉冲输出并提供USB接口,可通过该接口使用PC编程软件对电表进行编程。

流互感器具有无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、

暂态特性好等优点,有利于新型保护原理的实现及提高保护性能。光电电压互感器采用了串行感应分压器,测量准确度达到012级,并解决了传统电压互感器可能出现铁磁谐振的问题。

4)采集器处于和被测量电压等电位的密闭屏蔽的传感头部件中,采集器和合并器通过光纤相连,数字信号在光缆中传输,增强了抗EMI(电磁干扰)性能,数据可靠性大大提高。

5)光电互感器通过光纤连接互感器的高低压部分,绝缘结构大为简单。以绝缘脂替代了传统互感器的油或SF6,互感器性能更加稳定。

6)常规二次侧输出的连接必须特别注意,CT不能开路,PT不能短路,当二次侧开路时,感应出高达数千伏的高电压,危及人身和设备的安全。而电子式互感器的一、二次侧之间通过光纤联系,高低压部分的光电隔离,避免了电流互感器二次开路、电压互感器二次短路导致危及设备或人身安全等问题同时,由于光纤系统抗干扰能力强,信号不易受到电磁干扰。

7)体积小、重量轻、节约空间

电子式互感器无铁心、无绝缘油,本身重量很轻,给运输和安装带来了很大的方便。

8)价格低廉的光纤光缆的应用,大大降低了光电互感器的综合使用成本。312 光电式电能表的优势

653 计量装置的优势

2008年第5期云南电力技术第36卷

光电式电能表的电量输入采用了数字输入接口模式。它的信号接收通过光纤以太网传送的数字化电流电压瞬时值,传输数据快,抗干扰能力强,可以和数字式光电互感器实现真正意义上的无缝连接。从功能上说具备了现行电子式多功能电能表的所有功能,其实际意义上是一个高精度的积分运算器,数字计算理论上可保证计算出的各项电量值完全没有误差。

313 数字化计量装置的优势

数字化变电站的数字式电流电压互感器与光电式电能表的接口在物理和链路层上采用了IEC61850推荐的高速光纤以太网,减少了传统二次回路的各种损耗,具有传输数据快,抗干扰能力强,接线简洁等特点。

由光电式电能表和数字式光电电流电压互感器构成的测量系统,电能表在电量计算的过程中理论上不产生误差。测量系统的误差由数字式光电电流电压互感器决定。电子式互感器的测量精度能够满足电能计量装置技术管理规程要求,它的使用可以大大减少了电能计量装置的测量误差,从而提高了计量装置的精度。下面就传统计量装置和数字化计量装置的测量系统进行简要对比。

能表均为012级,加上线缆传输误差,最终测量系统准确度为017。

图4 光电式电能表/电子式电流电压互感器构成的测量系统

整个测量系统的准确度由电子式互感器决定。假设数字式光电电流、电压互感器均为012级,最终测量系统的准确度为014。

通过以上比较可以看出,数字化计量装置在测量准确性方面优于传统的测量系统。

4 结束语

在实际运用中,光电互感器比传统电磁式互感器具有众多的优势,电子式互感器、光电式电能表组成的数字式电能计量装置不仅能进行更为精确的计量,较传统的计量装置而言,其运行稳定、可靠、精确以及重量轻、体积小、成本低的特点是电能计量发展的理想方案。随着光电子技术的进一步发展,数字化计量装置技术将会更加成熟,运用会更加广泛,将会对电力系统计量装置技术的提高起到强有力的推动作用。

参考文献

[1]DL/T448)2000,电能计量装置技术管理规程[S]

[2]DTSD/DSSD1056,三相电子式多功能电能表使用说明书[S]

[3]OET700,系列数字式光电电流电压互感器说明书[S]

图3 传统电能表/电磁式互感器构成的测量系统

传统测量系统由电磁式模拟互感器、电能表通过电缆连接构成。假设电流、电压互感器、电

(上接第63页)

1)备自投装置主要适用于一次主接线为桥形

接线、单母线接线或单母线分段接线的场合以及有两回电源进线且采用一主一备方式供电的主接线方式中。

2)对于备自投装置判据复杂,难于保证较高备自投成功率的情况,在优化、理清回路的同时可以考虑改变运行方式,以免因备自投动作不成功而造成的失电。

3)随着小电源的日益增多,在电网中当变电站的低压母线有小电源点接入时,必须采取解66列措施,以保证备自投装置能够合闸成功。同时为避免因联切回路过多导致备自投装置不能成功动作,电源侧须加装低频低压解列装置,并能实现与备自投装置的正确配合。

4 结束语

以上介绍了备自投装置的原理,在实际应用中,应加强对它的维护,对不满足运行要求的,要进行改造或更换。同时,要结合实际,研究其原理知识性能,有效发挥备自投的功用。