OET700系光电互感器的结构设计性能测试结果.doc

OET700系列光电互感器的结构设计与性能测试结果 1 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