毕业设计（论文）-数字化变电站过程层设备的配置选型研究.doc

《毕业设计（论文）-数字化变电站过程层设备的配置选型研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-数字化变电站过程层设备的配置选型研究.doc（38页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、学号 200632540017 密级 _ 武汉大学本科毕业论文数字化变电站过程层设备的配置选型研究院（系）名 称：电气工程学院专 业 名 称 ：电气工程与自动化学 生 姓 名 ：指 导 教 师 ： 二一年六月BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN UNIVERSITYEquipment Configuration Selection of Layer of Digital SubstationCollege： School of Electrical EngineeringSubject： Electrical Engineering and AutomationNa

2、me： Yao MingqiDirected by ： Zhang Hui Associate ProfessorJune 2010郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要近年来，特高压、大容量系统电网的逐渐形成，对电网坚强、安全、稳定、可靠、控制、信息交互等提出了更高、更迫切的要求。变电站自动化技术的

3、发展是一个不断深化的数字化过程，通过对计算机网络和网络通信技术的充分运用，实现一次设备智能化、二次设备网络化、信息共享化、运行管理科学化、相关领域的共性技术一体化、技术规范和标准的完善化，形成趋向全数字化的变电站自动化系统。随着近年来电子式电流、电压互感器、智能断路器等数字化设备的逐步运用，传统电缆连接模式被光纤替代，数字化变电站成为发展主流。本文在广泛收集学术资料的基础上，结合实际变电站的数字化改造经验，运用电力电子技术、电气工程基础等基本理论，理论联系实际给予数字化变电站建设中过程层各种设备的选型一个实用的参考。关键字：数字化变电站；过程层；电子式互感器；IEC 61850；智能开关；AB

4、STRACTIn recent years,there is a higher, more urgent requirements on strong, security, stability, reliability, control, information exchange, etc. on the power grid, with the special high-Voltage, high-capacity system grid gradually formed. Substation automation technology is an ongoing process of d

5、eepening the digital, Through computer networks and make full use of network communication technology , To achieve an intelligent device, second device networking, information sharing technology, operation and scientific management, integration of common technologies in related fields, technical nor

6、ms and standards of perfection, Towards the formation of all-digital substation automation system. With the recent electronic current, voltage transformers, circuit breakers and other digital equipment, intelligent progressive use of, Traditional fiber optic cable connection mode is replaced, Digita

7、l Substation has become the mainstream of development. This thesis extensive collection of academic information，based on the combination of digital transformation of the actual substation experience, the use of electronic technology, the basic theoretical foundation of electrical engineering theory

8、with practice for the construction of digital substation equipment selection process of the various layers of a useful reference .Key words：Digital substation；Layer；Electronic Transformers；IEC 61850，Smart Switches.目录第1章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势11.3 小结1第2章 数字化变电站概述22.1 数字化变电站概念22.2 IEC 6185

9、0标准22.2.1 IEC61850标准概述22.2.2 IEC61850标准核心技术22.3 数字化变电站主要技术特征22.4 小结4第3章 非常规互感器53.1 概述53.2 传统互感器存在的问题53.2.1 电磁式电压互感器存在的问题53.2.2 电磁式电流互感器存在的问题63.3 非常规互感器简介63.3.1 有源式互感器系统73.3.2 无源式互感器系统93.3.3 非常规互感器基本特点93.4 合并单元MU113.4.2 合并单元配置原则113.5 非常规互感器技术要求123.6 非常规互感器配置原则123.7 数据采集与同步123.7.1 采样数据同步方法133.7.2 电子式互

10、感器同步133.8 小结13第4章 智能一次设备144.1 智能一次设备概述144.2 智能一次设备满足功能要求144.3 智能开关154.4 智能终端154.4.1 智能终端技术要求154.4.2 智能终端配置原则164.5 智能就地柜164.6 智能在线监测设备164.6.1 在线监测实现方式164.7 小结17第5章 过程层网络185.1 过程层网络结构185.1.1 过程层组网原则185.1.2 VLAN划分原则195.1.3 采样值数据网195.1.4 GOOSE数据网205.2 过程层常规设备接入模式205.2.1 常规互感器接入205.2.2 常规开关设备接入205.2.3 变压

11、器非电量信号接入205.3 小结21第6章 数字化变电站建设的效应分析226.1 经济效益分析226.2 技术效应分析226.3 小结23附录：某220KV数字化变电站配置清单24结束语28参考文献29致谢31第1章 绪论 1.1 研究背景我国变电站自动化技术经过10多年的发展已经达到一定的水平。目前新建的变电站，无论电压等级到底，基本都采用变电站自动化系统，很多老变电站也通过改造实现了变电站自动化。变电站自动化技术的广泛应用提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的能力，降低了变电站建设的总造价。随着智能化开关、光电式电流/电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿

12、真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，变电站中所有信息的采集、传输和处理全数字化的变电站将成为变电站自动化建设的必然趋势。但是目前在电力行业尚未形成系统的数字化变电站设计体系，而且该体系也是一个不断发展、总结、创新的渐进完善过程。对数字化变电站过程层设备选型的研究势必具有很大的实用价值。1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势现阶段，在电子式互感器技术、一次设备智能化与数字化技术、数字式保护、综合测控装置、故障录波、电能计量等一系列设备基本具备数字化变电站建设所需的要求，而且已积累大量运行经验基础上，进一步推进数字化变电站工程建设，对克服常规变电站技术瓶颈，进一步提高

13、变电站运行的安全性和自动化水平具有重大意义。国际上美、日、德、英、法等国均在数字化变电站试点建设上投入大量人力物力，已得到了很大发展，国际上大型电气制造商更是从研发阶段到达规模生产阶段；目前我国哈尔滨工业大学、华北电力大学、华中科技大学、清华大学等高校也进行了研究，达到了较为实用的水平，外加上国内已有不少数字化变电站投运，可以说，展开数字化变电站的试点建设技术从技术层面上完全可行。1.3 小结目前数字化变电站建设中相关环节的技术标准和检验规范的制定相对滞后，这些标准、规范都急需在数字化变电站技术试点和应用过程中不断制定和完善，以进一步规范和指导数字化变电站技术的推广和发展。可以预计，数字化变电

14、站的建设和发展会雨后春笋般地展开。第2章 数字化变电站概述2.1 数字化变电站概念数字化变电站概念的提出是基于光电技术、微电子技术、信息技术、网络通信技术的发展，在应用方面直接表现为变电站二次系统的信息应用模式发生巨大的变化。因此，从某种意义上讲“数字化变电站”主要指变电站二次系统的“数字化”，其内涵体现为以下几个方面：1） 反映电网运行情况的电气量信息实现数字化输出；2） IED对于电力系统的信息实现统一建模；3） IED之间信息交互以网络通信方式实现；4） 运行控制操作过程经网络通信方式以信息报文方式实现。因此，数字化变电站技术意味着变电站自动化系统将迈入一个新的发展平台，促进二次系统信息

15、应用模式发生根本性变化的原因是非常规互感器IEC61850标准、网络通信技术、智能断路器技术等相关支撑技术的发展。2.2 IEC 61850标准2.2.1 IEC61850标准概述IEC61850标准是迄今为止最为完善的关于变电站自动化的通信标准，也是TC57今年来发布的一个国际标准，并形成了数字化变电站应用技术的重要支撑。IEC 61850标准最初是针对变电站内网络通信协议，由于变电站内、变电站与调度中心、调度中心之间各种协议的不兼容，需要协议转换才可连接，IEC委员会TC57工作组感到有必要从信息源（变电站的过程层）直到调度中心之间采用统一的通信协议，数据对象统一建模和IEC61970标准

16、中的通用信息模型CIM协调一致，于是在2000年的SPAG会议上决定IEC61850标准为基础建立无缝远动通信体系结构。这一体系对变电站自动化系统的网络和系统做出了全面、详细的描述和规范。2.2.2 IEC61850标准核心技术（1） 面向对象建模技术；（2） 软件复用技术；（3） 高速以太网技术；（4） 嵌入式实时操作系统技术；（5） XML技术；2.3 数字化变电站主要技术特征数字化变电站采用低功耗、紧凑型、数字化的新型电流和电压互感器代替常规TA和TV；将高电压、大电流直接变换为低电平或数字信号，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现基于IEC61850标准的统一信息建模，并采

17、用智能断路器控制等技术，这使得变电站自动化技术在常规变电站自动化技术的基础上实现了巨大跨越，数字化变电站主要技术特征体现在以下几个方面。（一）、 数据采集数字化作为数字化变电站技术应用的主要标志之一就是在电流、电压的采集环节采用非常规互感器，如光电式互感器或电子式互感器，实现了电气量数据采集环节的数字化应用，其特点在于：可以实现一、二次系统电气上的有效隔离；电气量动态测量范围大，测量精度高，为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变，实现信息集成化应用提供了前提；对于低驱动功率的变电站二次系统设备可以直接实现数字化接口应用。 （二）、系统分层分布化根据IEC61850标准的描述，变电站的一、二次

18、设备可分为三层：站控层（变电站层）；间隔层；过程层。过程层通常又称为设备层，主要是指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。变电站综合自动化系统主要是指间隔层和站控层。间隔层一般按断路器间隔划分，具有测量、控制元件或继电保护元件。测量、控制元件负责该间隔的测量、监视、断路器的操作控制和联闭锁，以及时间顺序记录等，保护元件负责该间隔线路、变压器等设备的保护、故障记录等。因此，间隔层由各种不同间隔的装置组成，这些装置直接通过局域网络或者串行总线与变电站层联系；也可设有数据管理机或保护管理机，分别管理各测量、监视元件和各保护元件，然后集中由数据管理机和保护机与变电

19、站层通信。站控层包括监控主机、远动通信机等。变电站层设现场总线或局域网，实现各主机之间、监控主机与间隔层之间信息交换。分层分布式系统按站内一次设备（变压器或线路等）实现面向对象的分布式配置，其主要特点是：1） 不同电气设备均单独安装具有测量、控制和保护功能的元件，如数字式保护和测控单元等，任一元件出现故障，不会影响整个系统正常运行。2） 分布式系统实现多CPU工作模式，每个单独的装置都具有一定的数据处理能力，从而大大减轻了主控单元的负担；3） 系统自诊断能力强，能自动对系统内所有装置进行巡查，及时发现故障并加以隔离；4） 系统扩充灵活、方便。 （三）、系统结构紧凑化紧凑型组合电器将断路器、隔离

20、开关和接地刀闸、TA和TV等组合在一个SF6绝缘的密封壳内，实现了变电站布置的紧凑化。用于户外变电站的集成型断路器设备（swithcgear）指的是金属壳内、SF6绝缘的开关模块和空气绝缘元件的组合体。紧凑型组合电器有不同的组合模式，能够大幅度减少土地占用、减少寿命周期成本的模式是在一个封闭的充满SF6绝缘气体的金属壳内将一个间隔内每相断路器、隔离开关和接地刀闸、电压和电流变换器组合成一个整体，出线由支持绝缘子引出的紧凑型组合电器。 （四）、系统建模标准化IEC61850标准为变电站自动化系统定义了统一、标准化和信息交换模型，主要意义在于：（1） 实现智能设备的互操作性。（2） 实现变电站信息

21、共享。（五）、信息交互网络化数字化变电站自动化系统在逻辑结构上分为三个层次，这三个层次分别称为变电站层、间隔层、过程层，在变电站层间隔层过程层结构分层的变电站内，需要传输的数据流有以下几种：1） 过程层与间隔层之间的信息交换，过程层的各种智能传感器和执行器可以自由地与间隔层的装置交换信息。2） 间隔层内部的信息交换，间隔层之间的通信。3） 间隔层与变电站层的通信。数字化变电站内设备之间连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。通信网络的性能要求主要体现在以下几个方面：（1） 可靠性；（2

22、）开放性；（3）实时性；（4）安全性；（5）同步性。 （六）、信息采集集成化常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、测量与计量等几乎都是功能单一的相互独立的装置和系统。这种按功能划分的变电站自动化系统，硬件重复配置、信息不共享、TV和TA负载重、二次接线复杂、整体可靠性差、投资成本大。面向对象技术将原来分散的二次装置进行合理的功能集成有利于简化二次系统结构，提高系统的可靠性和可用率。数字化电气量测技术和智能集成开关系统的开发和应用，可提高数据和信息的集中采集，统一传送，不同功能共享的模式。集成型自动化系统就是将间隔层的控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能集成在一个统一的

23、多功能数字装置内，间隔内部和间隔间以及间隔同站级间的通信少量的光纤总线实现，取消传统的硬件连接。 （七）、设备检修状态化设备检修体制是随着科学技术的进步而不断演变的，由事后检修/故障检修发展到预防性检修。通过状态检测手段，诊断设备健康状况，确定设备是否需要检修或最佳检修时机。状态检修的目的是减少设备停运时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备寿命，降低运行检修费用，改善设备运行性能，提高经济效益。（八）、设备操作智能化设备操作智能化表现在以下几个方面：1） 以微电子、计算机技术为基础的控制回路组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。2） 断路器设备的专用信息由装在断路器设备内基于

24、计算机的控制单元直接处理，使断路器能独立执行其当地功能，而不依赖于变电站的控制系统。3） 非常规互感器与危机型控制元件相配合，独立采集运行状态数据，可有效地判断断路器的工作状况。4） 连续自我检测和监视断路器一、二次系统设备，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障之前发出报警信号，为状态维修提高参考。2.4 小结数字化变电站的技术将逐步引领未来变电站自动化技术发展的趋势，变电站自动化系统所涉及的监控、远动、继电保护、自动安全装置设备的可靠性、实时性、经济性将得以迅速发展。第3章 非常规互感器3.1 概述 自20世纪70年代以来，人们一直在寻求一种安全、可靠、理论完善、性能优越的新方法来实现电力系

25、统高电压、大电流的测量。顺应电力系统发展的需要，非常规互感器应运而生。基于光学传感技术的光学电流互感器OCT（Optical Current Transformer），和光学电压互感器OVT（Optical Voltage Transformer），及采用空芯线圈或低功耗铁芯线圈感应电流的电子式互感器ECT（Electrical Current transformer）和EVT（Electrical Voltage transformer）一直受到国内外的广泛关注和深入研究。随着温度稳定性和工艺一致性等问题的逐步解决，目前光学电流互感器OCT和电子式互感器ECT已经逐步从试验阶段走向工程应用。

26、光学电流互感器OCT和电子式互感器ECT相对于传统的互感器技术有着明显的优势，解决了饱和、铁磁谐振等问题，可提高一次设备、二次系统以及继电保护的可靠性，并且具有较好的线性度及动态范围宽的特点，可实现数据源的一致性，即相关的保护、测量、计量环节可以合一化处理。3.2 传统互感器存在的问题自1884年变压器问世以来，电磁式输变电设备得到了充分发展，电流和电压互感器是为电力系统进行电能计量和为继电保护和测控装置提供电流、电压信号的重要设备，其精度和可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关。传统的电流和电压互感器是电磁感应式的，具有类似变压器的结构。随着电力工业的发展，电流系统传输的电力容量不断

27、增加，电网运行电压等级也越来越高，目前我国电网已将原来220KV的骨干电网提高到了500KV，随着电压等级的提高，电磁式互感器逐渐暴露出一系列固有的缺点：1） 绝缘结构越来越复杂，产品的造价越来越高，产品重量大支撑机构复杂；2） 电磁式电流互感器固有的磁饱和现象，一次电流较大时会使二次输出发生畸变，严重时胡影响继电保护设备的故障判断性能，造成保护拒动或误动；3） 电磁式互感器的输出为模拟量，不能与数字化二次设备直接接口，不利于电力系统的数字化进程。3.2.1 电磁式电压互感器存在的问题电压互感器的工作原理与一般变压器的工作原理相同，不同点是由于它们的用途不同，从而在结构、容量、误差以及运行情况

28、等方面有较大差异。电压互感器的工作状态接近于变压器的空载状态，二次电压接近于空载电势，从而使二次电压和一次电压成正比。电压互感器在运行中二次侧不能短路，否则，二次电压会降为零，在一、二次绕组中会流过很大的短路电流，该短路电流会烧毁电压互感器。传统的电压互感器具有显著的变比频率特性，即对于一次侧某种频率在二次侧会有明显的放大作用，其主要原因在于互感器绕组的分布参数，而对于电容式互感器主要由于二次回路形成过程中串接了L、C等元件。同时，由于一、二次绕组的分布参数，当一次侧电压突然下降为零时，由于绕组的内部振荡有可能在二次侧出现短时的高频电压，并在1020ms内降为零。另外，电压互感器的二次绕组必须

29、有一个端子直接接地以保证安全。影响电压互感器误差的因素有以下几种：电压互感器各绕组的电阻和漏抗；励磁电流；一次电压和系统频率；二次侧负载。3.2.2 电磁式电流互感器存在的问题传统的电流互感器是电磁感应式的，一次绕组串接在电力线路中，二次绕组外部回路接有测量仪器、继电保护及安全自动控制装置等。其结构和变压器，铁芯上绕有一、二次绕组，依靠一、二绕组之间的电磁耦合，将电气量信息从电力系统的一次侧转变到二次侧。在铁芯与绕组间以及一、二次绕组之间需要有足够强度的绝缘结构，以保证所有的低压设备与高压设备相隔离。随着电力系统传输容量的增加，电压等级越来越高，这种电流互感器的绝缘结构越来越复杂，体积和重量加

30、大，产品的造价也越来越高。电磁式的电流互感器有铁芯，具有非线性特性，当电力系统发生短路时，高幅值的短路电流使互感器饱和，输出的二次电流严重畸变，有可能造成保护拒动或误动，使电力系统事故扩大。而且频带响应特性较差，频带窄，系统高频响应特性差。继电保护用的电流互感器在电力系统的故障状态下，故障电流一般大大超过额定电流，或者说是在电磁暂态过程中需要完成对于故障状态的准确判断。在电磁暂态过程中，一次侧电流可分解为周期量和非周期量两部分，分周期量对于电流互感器的工作具有很大的影响。这一分量衰减越慢， 变换到电流互感器二次回路中的误差就越大。因此，随着衰减时间常数的加大，大部分一次电流飞周期性分量将作用于

31、电流互感器铁芯的励磁。现有电流互感器的闭合铁芯会由于电流的非周期分量作用而高度饱和，磁导率急剧降低，从而使电流互感器的误差在电磁暂态过程中增大到不能允许的程度。当电流互感器铁芯中有剩磁通，并且这一剩磁通与励磁电流非周期分量的磁通方向一致时，产生的误差更大。在电力系统的应用过程中针对充油电磁式电流互感器的上述缺点，采取了如铁芯开口（带气隙），用充六氟化硫气体来代替充油等措施，但由于采用电磁式感应原理，因而不能完全克服电磁感应式电流互感器的缺点。3.3 非常规互感器简介光电子、光线通信和数字信号处理技术的发展和应用，推动了数字化电压和电流量测技术的研究，数字化电气量测系统有电流变换器、数字信号处理

32、器及其它们之间的连接电缆组成，电压和电流变换器是电气量测系统的关键，可以通过不同的物理原理来实现。国际上将有别于传统的电磁型电压/电流互感器的新一代互感器统称为非常规互感器（Non Conventional Instrument Transformer，简称NCIT）。非常规互感器按其变换原理可以分为有源和无源两大系列，有源非常规互感器又称为电子式电压/电流互感器（EVT/ECT），其特点是需要向传感头提供电源，主要是以罗科夫斯基（Rogowski）线圈为代表，它在户外、空气绝缘变电站中应用时，要解决处于高电位电子设备的供电问题和信号从高电位到低电位的传输问题；无源非常规互感器主要指采用法拉第

33、光学测量原理的电流互感器，又称为光电式电压/电流互感器（OVT/OCT），其特点是无须向传感头提供电源。电流变换主要是利用石英晶体的法拉第效应，即光束通过磁场作用下的晶体产生旋转，测量光线旋转角度来测量电流，电压变换主要是利用石英晶体的普克尔效应测量电场强度来测量导线的对地电压。见图2-1。图2-1 非常规互感器3.3.1 有源式互感器系统有源式互感器主要是指罗科夫斯基（Rogowski）线圈，又称为电子式电压/电流互感器（EVT/ECT），其特点是需要向传感头提供电源，目前成熟产品均采用光纤供能方式。3.3.1.1 罗科夫斯基（Rogowski）线圈原理罗科夫斯基线圈是一种较成熟的测量元件。

34、它实际上是一种特殊结构的空心线圈，将测量导线均匀地绕在截面均匀地非磁性材料的框架上，就构成了罗氏线圈，如图2-2所示。可根据被测电流的变化，感应出被测电流i变化的信号，其特点在于被测电流几乎不受限制，反映速度快，可以测量前沿上升时间为纳秒级的电流，且精度达到0.1%。从测量大电流的观点来看，罗氏线圈时一种较理想的敏感元件。由于它不与被测电路直接接触，可方便地对高压回路进行隔离测量，当被测电流从线圈中心通过时，在线圈两端会产生一个感应电压，若线圈匝数密度n级线圈截面积s均匀，则线圈感应电压的大小为：图2-2 罗氏线圈结构示意图（2.1）式中。为真空磁导率。式（2.1）表明空心线圈的感应信号与被测

35、电流的微分成正比，经积分变换等信号处理便可获知被测电流的大小。有源电子式电流互感器高压侧有电子电路构成的电子模块，电子模块采集线圈的输出信号，经滤波、积分变换及A/D转换后变为数字信号，通过电光转换电路将数字信号变为光信号，然后通过光线将数字光信号送至二次侧供继电保护和电能计量等设备用。有源电子式电流互感器高压侧的电子模块需工作电源，利用激光供电技术实现对高压侧电子模块的供电时目前普遍采用的方法，这也是有源式电子式互感器的关键技术之一，由此也引出了在高压条件下电源绝缘问题。3.3.1.2 有源电子式电压互感器根据使用场合不同，有源电子式互感器一般采用电容分压或电阻分压技术，利用与有源电子式电流

36、互感器类似的电子模块处理信号，使用光线传输信号。图2-3为电阻/电容型电压变换器原理，与常规的电容式电压互感器相同，不同的是其额定容量在毫瓦级。输出电压不超过5V。（a）电阻分压（b）电容分压图2-3 电阻/电容型电压变换器原理图3.3.2 无源式互感器系统无源互感器主要采用光学测量原理的电流互感器，又称为光电式电压/电流互感器（OVT/OVT），其特点是无须向传感头提供电源。法拉第效应（Faraday effect）原理光电式电流互感器（OCT）采用了光学测量原理并采用光纤传输数字信号，是非常规互感器发展的重要方向之一。电光效应的变换器一般采用旋光原理来对电流进行测量，其中应用最多的是法拉第

37、效应（Faraday effect）。其原理为线性偏振光通过在磁场环境下的介质时，偏振的方向会发生偏转，见图2-42，这个现象最早是法拉第发现的，所以称为法拉第磁光效应。图2-4 法拉第磁光效应示意图3.3.3 非常规互感器基本特点随着计算机和数字技术的发展，数字式控制和保护装置已广泛用于电力系统，输入仅需要5V电压和mW级功率，电力计算与继电保护已日渐实现自动化、微机化。电磁式电流互感器的5A或1A输出必需经过相应的隔离变换才能与数字化保护和测控设备接口，而非常规互感器本身就是利用光电技术的数字化设备，可直接与数字化保护和测控设备接口，避免中间环节。与传统电磁感应式电流互感器相比，非常规互感

38、器具有以下一系列有点：（1） 高低压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性能。电磁式互感器的被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合，结构复杂，其造价随着电压等级呈指数关系上升。非常规互感器将高压侧信号通过绝缘性能很好的光纤传输到二次侧设备，这使得其绝缘结构大大简化，电压等级越高其性能价格比优势越明显。非常规互感器利用光缆而不是光缆作为信号传输工具，实现了高低压的彻底隔离，不存在电压互感器二次回路短路或电流互感器二次开路给设备和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。（2） 不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题。电磁式电流互感器由于使用了铁芯，不可避免地存在磁饱和及铁磁谐振等问题。非常规互感器在原理

39、上与传统互感器有着本质的区别，一般不用铁芯做磁耦合，因此消除了磁饱和及铁磁谐振现象，从而使互感器运行暂态响应好、稳定性好，保证了系统运行的高可靠性。（3） 抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险。电磁式电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路危险。非常规互感器的高压侧与低压侧之间只存在光纤联系，信号通过光纤传输，高压回路与二次回路在电气上完全隔离，互感器具有较好的抗电磁干扰能力，低压侧无开路引起的高压危险。（4） 动态范围大，测量精度高。电网正常运行时电流互感器流过的电流不大，但短路电流一般很大，而且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。电磁式电流互感器因存在饱和问题，难以实现大范围测量，统

40、一互感器很难同时满足测量和继电保护的要求。非常规互感器有很宽的动态范围，可同时满足测量的继电保护的要求。（5） 频率响应范围宽。非常规互感器的频率范围主要取决于相关的电子线路部分，频率响应范围较宽。非常规互感器可以测出高压电力线上的谐波，还可以进行电网电流暂态、高频大电流与直流的测量，而电磁式互感器难以进行这方面的工作的。（6） 没有因充油而潜在的易燃、易爆等危险。非常规互感器的绝缘结构相对简单，一般不采用油作为绝缘介质，不会引起火灾和爆炸等危险。（7） 体积小、重量轻。非常规互感器无铁芯，其重量较相同电压等级的电磁式互感器小很多。美国西屋公司公布的345KV油浸式电流互感器的重量有2T左右，

41、而相同电压等级的OCT重量仅为109KG，这给运输和安装带来很大方便。终上所述，非常规互感器以其优越的性能、适应了电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要，并具有明显的经济效益和社会效益，对于保证日益庞大和复杂的电力系统安全可靠性运行并提高其自动化程度具有深远的意义。3.4 合并单元MU3.4.1.1 合并单元综述电子式互感器通常由传感模块和合并单元MU（Merging Unit）两部分构成，传感模块又称端模块，安装在高压一次侧，负责采集、转换一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单元安装在二次侧，其主要功能是同步采集多路ECT/EVT输出的数字信号并按照IEC标准规定的格式发送给保护测控设备。

42、合并单元主要特点有：MU到IED设备之间采取高速单向数据连接；采用32位CRC的数字电路实现采样数据校验；具有高速采样率，每周波采样频率达80或256点；物理层采用光纤；数据层支持100Mb/s以太网。3.4.2 合并单元配置原则一般来讲合并单元的配置方案将决定系统的安全性与可靠性，配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护拒动。电子式互感器或就地采集单元的二次转换模块需要冗余配置，转换器中电流需要冗余采样，分别用于测量、保护启动和保护动作，数据合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室。220 kV-750 kV电压等级合并单元应

43、按双套配置。110 kV及以下间隔合并单元应按单套配置。主变各侧合并单元应按双套配置。对于接入母线的设备，如接入3/2接线合并单元应按母线单套配置；双母线接线合并单元应按双套配置；双母单分段或双母双分段接线合并单元应按四套配置；单母线或单母分段按线合并单元应按双套配置。图2-51 电子式互感器数据接口配置示意图3.5 非常规互感器技术要求电子式互感器可以采用电流电压式混合式互感器。也可采用单独配置的电流电压互感器，按间隔布置。对35kV及以上电压等级的互感器选用数字信号输出的电子式互感器。对于10kV及以下电压等级的互感器可以选用小电压信号输出的电子式互感器。为满足继电保护双重化配置的要求，对

44、双重化配置的继电保护使用电子式互感器的传感模块(包括电流、电压)、合并单元必须冗余配置，确保任何一套系统出问题时不会导致保护拒动。用于计量的电子式互感器的传感模块、合并单元可和继电保护使用的传感模块、合并单元共用（不同的输入回路）。合并单元合并单元的输出协议应支持IEC61850-9-1、IEC61850-9-2。电子互感器选择具备多个光纤以太网口的产品，建议整站保持采样速率的统一性。3.6 非常规互感器配置原则对于新建站，35kV以上电压等级优先考虑采用电子式互感器，采用带模拟插件的合并单元进行数字转换，主变各侧间隔采用特性相同的电子式互感器。对于扩建、改造站，可使用常规互感器，条件成熟时可

45、采用电子式互感器，380V采用常规互感器。 220kV-750 kV电流互感器保护绕组按照双重化要求配置。110 kV及以下电流互感器保护绕组按照单重化要求配置。主变各侧及中性点电流互感器按照双重化要求配置。出线、主变进线电压互感器，母线电压互感器保护绕组按照双重化要求配置，220 kV以下电压等级出线电压互感器按照单重化要求配置。220 kV以下变电站电压互感器按照单重化要求配置。主变保留中性点套管电流互感器，其余套管电流互感器若与主变各侧进线电流互感器功能重叠可取消。3.7 数据采集与同步数字化变电站中的过程层设备若采用就地采集单元，则对于以下的几种情形必须考虑同步问题；即各电压、电流之间

46、、变压器不同的电压等级之间需考虑同步采样；变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存也在同步问题；母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步问题；以及线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步问题。对于电网的运行或事故系统分析需要有描述电网暂态过程的电流、电压波形，断路器、保护装置动作时序的时间，各种事件发生的时间序列在电网运行或故障分析过程中起着决定性的作用。目前变电站各种IED设备均采用数字化处理技术，内部晶振回路可以在输出信息中附以时标信息，但由于内部晶振回路因设备的质量、使用寿命会产生较大的时间偏差，在实际系统应用中往往出现不同IED的设备时间累计误差很大。数字化变电站的一个基础平台是电子式互感器的使用，电子式互感器对电量的同步测量是过程层同步对时的重要任务，对同步精度要求最高。电子互感器同步采样是指在电力系统的不同采样点同时开始采样, 使不同互感器采样点的采样结果在时间上具有同步性, 同步采样对故障判断、 系统稳定分析与控制等都具有重要意义。这里所说的同步是采样时间的同步, 并不是与电网系统频率的同步, 它采用固定采样频率进行等