OET700数字式光电互感器的结构设计与性能测试结果.docx

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OET700数字式光电互感器的结构设计与性能测试结果

OET700数字式光电互感器的结构设计与性能测试结果

陈应林  黄德祥  孙志杰

2005-8-1

[摘要]本文介绍了OET700系列光电互感器的结构设计，还介绍了对它们的试验、结果和在电力系统中的试运行情况。

OET700系列光电互感器是基于IEC60044-7《互感器第7部分电子式电压互感器》〔1〕、IEC60044-8《互感器第8部分电子式电流互感器》〔2〕标准而设计，互感器接口符合IEC61850-9《变电站的通讯网络和系统》规定。

由于OET700系列光电互感器被设计为数字式，电流测量准确度能达到0.1级，保护准确度能达到5TPE；电压测量准确度能达到0.2级。

[Abstract]TheconstructionofOET700photoelectrictransformerswithdigitaloutputsandthetestsonitsquantityareintroduced.Thetestresultsanditsrunninginformationinelectricalnetsalsoaregiven.OET700photoelectrictransformerswithdigitaloutputsaredevelopedaccordingtoIEC60044-7Instrumenttransformers-Part7:

ElectronicvoltagetransformersandIEC60044-8Instrumenttransformers-Part8:

Electroniccurrenttransformers.ThedigitalinterfacedescribedinIEC61850-9:

Communicationnetworksandsystemsinsubstationisdesignedintransformersconstruction.Thetransformershaveahigheraccuracybecauseoutputsignalswithdigital.Acurrentmeasurementaccuracyofclass0.1andaprotectivecurrentaccuracyofclass5TPEandavoltagemeasurementaccuracyofclass0.2areobtained.[关键词]光电互感器；数字式；中图分类号：

TM-4文献标识码：

B1引言目前在电力系统中广泛应用的是电磁式电压、电流互感器。

但是，随着电力系统向大容量、高电压的方向发展，厂、站、和系统数字化测量、保护、调度和控制已成为发展的趋势。

对电力设备提出的小型化、智能化、高可靠性的要求也越来越高。

现有电磁式互感器由于其结构特点和存在的不足已不能满足这种要求。

早在上世纪50年代，国外如ABB、SIMENS、ALSTOM等公司开始进行新式互感器的研究，光电互感器就是主要的一种。

90年代初，国外已应用到电力系统中。

特别是九十年代后期IEC60044-7《电子式电压互感器》、IEC60044-8《电子式电流互感器》、IEC61850《变电站网络和系统》等标准的相继颁布，规范了电子式互感器的技术要求，为电子式互感器的推广应用奠定了基础。

光电互感器是高压、超高压电子式互感器的主力设备，也必须在这些标准的规范下进行设计和制造、试验和运行。

2设计思想OET700型光电互感器是基于IEC60044-7、IEC60044-8标准设计，互感器接口符合IEC61850-9规定，用光作为传输工具，将信号用数字形式输出的互感器。

原理如图1所示，结构如图2所示。

传感器将一次电流、电压转变成电子电路允许测量的信号，由采集器单元就地完成模数转换并调制成光信号，通过光纤把一次电流电压数字量传送到位于集控室的合并器单元。

互感器高低压间采用弹性固体绝缘材料，可简化结构，降低制造难度。

3工作原理OET700系列互感器中电流信号采集是利用电磁感应原理的罗哥夫斯基线圈和小功率电流互感器来实现，电压信号采集是用串联感应分压器实现的。

如图1所示，传感头部件包括串联感应分压器、罗哥夫斯基线圈、小功率电流互感器、采集器单元等。

传感头部件与电力设备的高压部分等电位，转变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号并通过光纤传送到合并器单元，合并器单元接收并转换成符合IEC61850-9格式的数据通过光纤以太网提供给保护、测量等设备。

采集器单元和合并器单元可以根据需要是一对一、一对多或多对一等多种组合形式。

1）罗哥夫斯基线圈：

这是由非磁性材料为骨架构成的空心线圈，因此不会出现磁饱和以及磁滞现象，这些特点决定了罗哥夫斯基线圈做传感器具有良好的线性度和暂态特性。

所以罗哥夫斯基线圈输出的电压信号用于保护最具有优越性。

以图2为例，负载很大时，罗哥夫斯基线圈输出电压：

2）小功率电流互感器小功率电流互感器是一种铁心线圈式低功率电流互感器，是传统的电磁式互感器的发展。

小功率电流互感器可以带高阻抗，可以输出和一次电流成比例的电压信号，而且它的准确度特别高，用来提供测量用信号有很大的优越性。

3）串联感应分压器〔5〕串联感应分压器是由多级不饱和电抗器串联而成，输出电压信号从串联在电路中的小电抗上取出，根据需要，信号可以在高压端取出，也可以在分压器接地端取出。

串联感应分压器参照串级式电压互感器的原理制成，其原理图如图4所示。

图中N1是分压器主绕组，N2是平衡绕组，N3是耦合绕组。

平衡绕组和耦合绕组的作用是保证感应分压器在不同电压、不同负载（允许范围内）时，它的各个电抗器单元的磁势平衡，而使各个单元承受电压均衡。

N2、N3匝数的具体数值必须在初步设计后，又通过测量各元件分布电压的方法来调整。

3）采集器单元OET700系列光电式互感器的采集器用来对模拟量输入进行采样、模数转换并通过光纤传送数据到合并器。

采集器与合并器制之间仅通过两根光纤进行能量和数据的传递。

图5为采集器的原理框图。

采集器提供三路模拟量输入，分别是电压、保护电流和测量电流，经低通滤波进入模数转换回路。

模数转换回路采用高精度的、高采样率的16位AD转换器，其信噪比可以达到90分贝。

采集器采用超低功耗16位RISC体系的CPU，保证在较低的功率消耗下，取得良好的性能。

电源回路负责给采集器各部分提供电源，并提取采样中断。

在采样中断中，CPU开始数据采样和转换，并将转换后的数据进行打包处理，打包后的数据经过调制通过光纤发送到合并器。

采集器的主工作电源来自激光电源。

取能线圈得到的能量经整流、滤波处理后，作为采集器工作的热备用电源。

4结构特点OET700系列光电式互感器和传统的互感器相比在结构上有以下特点：

1）外绝缘采用了硅橡胶复合有机绝缘，增强了设备的抗环境变化的能力。

2）采用了无油化，无气体的设计方案。

整个传感器和信号柱都用特种绝缘脂真空灌封。

设备绝缘强度高。

无漏油、漏气的隐患，可靠性强。

3）采集器处于和被测高电压等电位的密闭而屏蔽的传感头中，采集器和合并器的信号、能量传输通过光缆来进行，增加了设备的抗电磁干扰能力，数据可靠性大大提高。

4）光电互感器具有自检功能，在通讯故障或互感器其他故障时，因收不到校样码正确的数据而发出互感器故障报警信号。

5试验试验和校准是按IEC60044-7《电子式电压互感器》和《电子式电流互感器》中规定的型式试验项目,在国家高电压计量站和国家高压电器质量监督检验中心进行的。

试验项目包括了标准中列出的所有型式试验项目和例行试验项目，还增加了通用特殊试验中的机械强度试验、截断雷电冲击试验。

对于互感器的准确度试验作了常温下的准确度试验，还作了－40℃～＋50℃温度循环试验。

对于电流互感器，作了稳态电流误差试验，还作了暂态电流误差试验；对于电压互感器，还增加了邻近效应对准确度的影响试验。

所有试验都通过并达到技术要求。

下面列出误差试验的情况和结果：

试验是在一台330kV电容分压的组合式电流电压互感器和一台220kV串连感应式电压互感器上进行的。

（1）常温下稳态误差测量：

数字式电压互感器误差试验回路如图6所示；数字式电流互感器误差试验回路如图7所示。

试验采用了时钟脉冲同步，将采得的被试互感器输出数字量和基准互感器输出的数字量直接比较，通过计算可以得到误差。

（2）温度循环下的误差试验对光电电流互感器和光电电压互感器都作了温度从－40℃～+50℃的循环下的误差试验，在试验规定的温度测量点（－40℃、22℃、50℃）测量误差。

测到的误差都在规定的准确度限值之内。

〔7〕〔8〕（3）电流暂态误差试验：

对OET733﹙330kV、1600A﹚光电电流互感器还作了暂态误差试验。

试验是在国家高压电器质检中心进行的。

试验电路如图8。

6运行情况、鉴定情况2003年10月，OET722数字式光电电流互感器在南京供电公司220kV六合变220kV六钢线投入试运行。

该线路负载为南京钢铁公司，典型冲击负荷，短时间负载变化幅度大，高次谐波含量高。

二次设备配OEML701线路保护和DTSD1056三相电子式多功能电能表。

2004年五月后切换间隔到六汊线，保护定值做相应修改，装置不变。

该线为联络线，功率方向变换频繁。

2004年2月，OET733数字式光电电流互感器在兰州供电公司330kV永登变330kV中开关位置（330侧为1/2断路器接线）投入试运行。

二次设备配SG750数字式变压器保护。

一年多的试运行中，互感器运行良好，未发生任何事故和不正常情况；其准确度（用累计的电量数表示）也很好，和传统的电度表读数相比，误差在0.05%之内。

而且与之相连的记录装置还准确的记录到区外故障状况。

2004年6月27日，中国电力企业联合会对OET700系列电子式电流互感器和电压互感器进行了成果鉴定，同意通过鉴定，可小批量生产。

〔9〕2004年12月，由OET711型110kV数字式光电电流互感器和电压互感器、OET701型10kV电子式电流互感器组成的全数字化变电站在山东阳谷投运。

二次设备是X7000系列全数字化变电站保护装置。

7结语OET700数字式互感器的研制是从2001年开始的，通过样机研制、试验、试运行和鉴定，到完善生产条件和小批量生产，整整经过4年多的时间。

在产品不断完善中，采用了罗哥夫斯基线圈、低功率电流互感器、串联感应分压器等新技术，使电流测量准确度达到0.1级；电压测量准确度达到0.2级。

又在结构中采用光纤能量和信号传输、特种固态绝缘脂真空灌注等技术，增强了抗EMI性能和绝缘性能，使可靠性大大提高。

通过实际运行标明，数字式光电互感器是安全的、可靠的；其准确度更高，更适合数字式二次保护测控装置，特别在超高压、特高压电网中有特出的优越性。

加上他成本较低的优势，他将会有广阔的使用前景。

参考文献【1】IEC60044-7InstrumenttransformersPart7《Electronicvoltagetransformers》[S]【2】IEC60044-7InstrumenttransformersPart8《Electroniccurrenttransformers》[S]【3】南京新宁光电自动化有限公司《OET700系列数字式光电电流电压互感器说明书》[Z]2004【4】肖耀荣高祖绵《互感器原理与设计基础》[M]沈阳：

辽宁科学技术出版社，2003.【5】黄德祥孙志杰陈应林《新型高压测量装置－数字光电式串联感应分压器的研制》[Z]2004【6】国家高压电器质量监督检验中心《检验报告No.02625数字式光电电流互感器》[Z]2003【7】电力工业电气设备质量检验测试中心《检测报告（2004）互字511号数字式光电电流互感器》[Z]2004【8】电力工业电气设备质量检验测试中心《检测报告（2004）互字512号数字式光电电压互感器》[Z]2004【9】中国电力企业联合会成果鉴定办公室《成果鉴定证书（2004）中电联鉴字36号OET700电子式电流与电压互感器》[Z]2004作者介绍：

陈应林（1971－），男，本科，工程师。

从事光电测试技术研究、仪器硬件设计。

[C1]黄德祥（1945－），男，硕士，高工。

从事高电压测试技术研究和互感器产品开发。

孙志杰（1962－），男，本科，高工。

从事电力系统继电保护技术研究和光电互感器产品开发。