智能变电站新型电子式互感器的研究与应用开题报告

1. 研究目的与意义

为保证电力系统的安全、经济运行，需要对电力系统及其电力设备的相关系数进行测量，以便对其进行必要的计量、监控和保护。互感器的作用便是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，供给测量仪器。

为保证电力系统的安全、经济运行，需要对电力系统及其电力设备的相关系数进行测量，以便对其进行必要的计量、监控和保护。互感器的作用便是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，供给测量仪器、仪表和继电保护控制装置。传统的互感器多为电磁式互感器，其由于自身存在绝缘性能差，动态范围小，易发生磁饱和等缺陷，而电子式互感器已然成为解决这些问题的“钥匙”。近年来，智能电网已逐步成为电力行业的发展趋势，其核心便是智能变电站。相比于常规变电站，智能变电站是数字化变电站的升级， 而数字化变电站的特点是以电子式互感器取代传统的互感器，以数字信号取代传统的模拟电量采集，通过光纤、通信线组成数字化网络，实现精确地电压电流数据测量，以便于智能电网的控制、监控与保护。因此，电子式互感器在智能变电站中的应用将在未来智能电网建设中起到不可估量的作用。

2. 课题关键问题和重难点

智能变电站在线监测技术发展到今天，其技术的成熟度已经进入到了一个比较高的水平，已经能够借助智能化的设备完成在线检测，并且检测得出的最终结果也是相当准确，此项技术的重要性已经得到了很好的证明。但是，这并不能够代表在线检测技术就是完美的，还存在着很多的问题与弊端。其中涉及到的一些细节部分，诸如检测开关或者断路器接头等，都还是亟待得到进一步的优化与完善。此外，因为技术水平的局限性，智能变电站的在线技术并没有真正发挥出其原有的全部价值和作用。举例说明：在当前的智能变电站当中，传感器很容易出现不同程度上的损坏，这就会严重影响到检测结果的可靠性。如果任由此问题继续发展下去，原本因为检测器自身的问题而影响到的精确度，在最后很有可能导致数据失真，其后果可想而知。

在现阶段的智能变电站的诸多关键技术当中，电子互感技术是最重要的一项基础性技术。我国第一批智能变电站试点工程在实际运行过程中就已经采用了此项技术，其中主要包括光纤式互感器、分压式互感器等。在试点应用过程中表现以下问题：光纤式互感器，如果电流较小，会产生较大的噪音；分压式互感器，其高压传感器部分存在若干电路设备，如果没有外部供电将会停止工作，并且还需要解决电磁兼容的问题。

3. 国内外研究现状（文献综述）

电力系统的电压等级不断提高，传输的电力容量也越来越大，这对电力互感器提出了更高的要求。传统式互感器一直存在自身难以解决的缺点，例如，电流互感器有磁饱和现象;电压互感器存在铁磁谐振现象;电压等级提高时，绝缘越来越困难;重量重，体积大;无数字量输出。这些问题的存在使得传统式互感器无法满足电力系统自动化、数字化和智能化的发展新要求。目前，电子式互感器发展迅速，逐渐成为传统式互感器的替代品。电子式互感器无磁饱和现象，动态范围大，频率响应宽，绝缘相对简单，而且体积小，重量轻，可以提供数字量输出。针对当前电力系统开关设备小型化智能化的发展趋势。

线圈型电子式电流互感器是以电磁式电流互感器为基础。高压侧采用低功率电流互感器和罗可夫斯基线圈采样,经过滤波、积分变换及转换后变成数字信号,再通过电光转换电路将数字信号变为光信号,然后通过光纤将数字光信号传送到与低压侧相连的合并单元。根据传感方法分为两种,一种是铁心线圈低功率电流互感器,它的高导磁材料以及小电压信号输出方式可以减轻常规电磁式互感器的磁路饱和现象,但不能根除。另一种是罗可夫斯基线圈电流互感器,与一样,也基于法拉第电磁感应原理,不同的是用非磁性材料的空心线圈取代了铁心线圈,彻底解决了磁路饱和问题,使故障情况下正弦电流分量的传感精度有了根本保证。

电子式电压电流组合互感器的电流传感部分和电压传感部分。其中，电子式电压互感器以罐式电容分压器作为传感头，即以同轴圆筒状电容环作为高压臂电容，利用电容分压的思想进行测量;电子式电流互感器采用rogowski线圈作为传感头。

4. 研究方案

四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）设计及论证（不少于900字） 互感器是电力系统中不可缺少的设备，担负着将一次的电压、电流转化为二次的电压、电流从而提供给保护与测控装置来进行系统状态的保护与监视，他的可靠性和准确性都对电力系统的稳定运行有着重要意义。在我国，目前电力系统中所用的电流、电压测量手段还是传统的电磁式电流、电压互感器和电容式互感器。随着电力技术的进步，电力系统传输容量的不断增大，电压运行等级的不断提高（我国现运行的高电压等级有 750k V 和 1000k V 的交流输电线路，800k V 的直流输电线路也正在计划中），传统电磁式互感器已经越来越难满足系统的要求。主要暴露出以下缺点：（1）绝缘结构复杂、个体庞大、价格昂贵；（2）暂态特性差，出现的谐波暂态信号容易使保护产生误动作；（3）传变特性不好，电磁式电流互感器存在铁心饱和现象，在故障状态下影响保护设备正确判别；（4）输出不能直接与微机化计量及保护设备接口，易产生铁磁谐振、易燃、易爆等。 对于HGIS、GIS、罐式断路器及变压器套管等设备而言,共有两种方式安装电子式电流互感器,一种是直接放在高压气室内部,和传统的互感器一样布置另一种直接套在罐体外部。放在气室内部的优势就是可以基本上不改动原来的设备结构,但是对电子互感器的环境适应性要求高直接套在罐体外部时,弱化了对电子互感器的环境适应性要求,且安装简单,优点明显,缺点是要对原来的设备结构作一些调整。 首先考虑选型及与其他一次设备整合，接着处理配电优化，再进行合并单元配置和网络优化，采样值同步，最后进行电能计量选型。该工程主变中压侧和站外电源为关口计量点,没有其它贸易结算点,故可采用数字式电能表。数字式电能表接收通过光纤以太网或点对点传送的数字化电流电压瞬时值,系统对采样值进行实时计算,整个过程全数字化。 电子式互感器及合并单元配置要考虑550kv间隔，220kv间隔，35kv及主变中性点，互感器及合并单元配置清单的问题。 装设电子式互感器后对二次系统的影响分析，包含了对继电保护的影响及适应性分析，对故障录波的影响及适应性分析，对的影响及适应性分析。 风险识别、评估及应对管理措施 电子式互感器的应用是智能变电站的一种发展趋势和实现模式,以过程层设备的数字化接口和网络化传输为主要技术特征。目前,国内外主流厂家均在电子式互感器领域有所研究和试点应用,作为新技术在工程中的应用是存在风险的。需从风险识别、风险评估和应对管理措施三个方面加以说明。

5. 工作计划

本课题主要研究的是有源电子式互感器:基于rogowski线圈的电子式电流互感器(ect)和基于电容分压原理的电子式电压互感器(evt)。

（1）收集并阅读有关数字式电流电压互感器论文等资料。

（2）详细分析几种数字式电流电压互感器的基本原理。