1、NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器應用與校驗目錄1 NAE-GL 系列產品的總體方案 11.1 總體方案 11.2 全光纖電子式互感器應用功能與連接 21.3 NAE-G 系列產品的型號選擇 42 NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器 52.1概要 52.2基本工作原理 82.3 技術分析 92.4 同類產品的比較 102.5 產品組成環節 112.6 主要技術參數 152.8實際應用 15NAE-GL系列產品的總體方案1.1總體方案對于數字化變電站過程層的傳感設備主要包括三個部分內容：電子式電流互感器，電子式電壓互感器和合并單元，如圖1.1所示。而對于電子式電流、電壓互感器而言也分別

2、包括了傳感部分和電氣部 分。目前市場上電子式電流互感器產品主要有低功耗線圈實現的電 子式電流互感器（LPCT）、用羅氏線圈來實現的有源型電子式電流互 感器、磁光玻璃實現的電子式電流互感器以及基于全光纖的電子式電 流互感器等幾類，都有一些實際運行或掛網的經驗；電子式電壓互感 器的產品主要有電容分壓式電子互感器，電感變壓式電子互感器兩 類，工程化過程中也有一些實際運行的經驗。圖1.1過程層傳感設備功能塊框圖1.2 全光纖電子式互感器應用功能與連接圖 1.2 示出了過程層傳感設備應用功能與連接示意圖。 可以看出， 電流光纖敏感環通過光纖與電流電氣單元相連接，電壓敏感源通過屏 蔽電纜（對電容分壓式電子

3、互感器而言）或光纜（對光晶體作為敏感 源而言）與電壓電氣單元相連。電氣單元一方面接受來自合并單元的 同步時鐘信號對數據進行同步，另一方面將測定的數據傳送到合并單 元中。電氣單元還留有通訊接口，用于同當地的手持驗證終端進行信 息交換，用來查驗電流、電壓的數值等數據。合并單元接受來自外部 的時鐘對時信號，也發出多路時鐘同步信號用于電氣單元內數據同 步；合并單元接受來自多路電氣單元的數據，處理后輸出多路數據信 號用于相關的保護和測量等使用。柑和電a?比r 呷Mnina i"*氣工o£«««<» M05P薊L*«V4t4 I

4、H.ii理"X*啤皓K#«FiV««|MH毛護il«圖1.2過程層傳感設備應用功能與連接示意圖1.3 NAE-G系列產品的型號選擇1.3.1型號選擇«*E - ° 132訂貨須知訂貨時，除了上述型號選擇的信息外，還應當關注以下的信息。走一呦電蒸電氣單軽勺臺井單壷的挖薦Q55P10豳【g丨| 觀U I I迪。丨I安軽方云輩我簡單描述相應準躊緇和準陽曙眼値2 NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器2.1 概要由國電南瑞科技股份有限公司（以下簡稱“國電南瑞” ）、北京航 天時代光電科技有限公司（隸屬于中國航天九院，以下簡稱“航天

5、時 代”）聯合成立的南瑞航天（北京）電氣控制技術有限公司（以下簡 稱“南瑞航天”）作為國電南瑞光學技術的科研開發基地，在光纖陀 螺技術的基礎上，經過多年的研發和技術積累，成功開發出全光纖電 子式互感器，取得了多項科技成果。國電南瑞是航天時代和南瑞航天 唯一授權進行光學電子式互感器的科研生產、工程設計與技術實施的 單位，具有整套智能變電站的解決方案，可以為用戶提供“交鑰匙工 程”，具有強大的開發、市場、工程實力。NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器采用了國際主流技術 （全 光纖光路加閉環控制技術） ，完全克服了以往電子式電流互感器（比 如 Rogowski 線圈和磁光玻璃式互感器） 的缺點，

6、 使得產品的穩定性、 可靠性、安全性和免維護壽命得到很大提高。 NAE-GL 系列全光纖電 子式電流互感器已通過江蘇省科技成果鑒定，技術成果“技術先進、 性能穩定可靠、填補國內多項技術空白，達到國際領先水平” 。NAE-GL 系列全光纖電子式電流互感器是集保護、 計量為一體的 高性能、高精度的電子互感器。具有安全性能好，測量動態范圍大、 頻率響應度咼、體積小、重量輕等特點。保護用的級別可達1P50 （最 大 150kA )，測量級別為 0.2s 級，性能指標完全符合國際標準( IEC60044-8 )和國家標準( GB/T 20840.8 )，可以廣泛用于數字化 變電站中的繼電保護裝置、監控測

7、量裝置、計量設備及故障錄波裝置 及其他類似裝置的數據采集，并滿足相關設備對數據采集的各項需 求。2.1.1 特點NAE-GL 系列全光纖電子式互感器具有以下突出的優點： 測量精度高：全光纖電子式互感器每相只有一個敏感環，同 時滿足計量精度和保護應用， 計量精度滿足 0.2s 準確級要求， 保護精度遠優于 5P；寬動態范圍：可在1%200%額定電流范圍內滿足計量精度，在到 150kA 范圍內滿足保護精度要求；高帶寬：帶寬可達10kHz，能夠實現準確的暫態電流測量、 電能質量分析、故障錄波等； 絕緣方式簡單：一次側與二次側的信號傳遞依靠光纖，絕緣 易于實現，且在電壓等級越高的應用場合，優勢也越明顯

8、； 敏感環安裝方式靈活：電流敏感環安裝的連接方式有多種選 擇，除采用傳統匯流排的方式外還可采用無接觸穿心式，無 附加動穩定和熱穩定問題； 抗環境電磁干擾能力強：電流敏感環具有很強的抗電磁干擾 能力，其偏心安裝、金屬套筒外安裝等方式均不影響使用精度；安全性高、 綠色環保： 全光纖電子式互感器無二次開路危險、 無爆炸危險，節省金屬材料，運輸成本低，占地面積少，安 裝維護簡單。2.1.2 主要業績（截止 2009 年 6 月）淮北電廠 110kV 出線間隔試驗工程（ 31 相，獨立支柱式）上海 220kV 南匯變電站工程科研試驗項目 （31 相，獨立支 柱式）內蒙赤峰 220 kV 元寶變電站工程

9、（3 相，獨立式與隔離開關一體化）上海 110kV 封周變電站工程（ 18 相， GIS 內安裝）上海 110kV 蒙自變電站工程（ 27 相， GIS 內安裝）貴陽 220kV 金陽變電站工程科研試驗項目（ 3 相，獨立支柱式）貴陽 110kV 沙河變電站工程（ 6 相， GIS 內安裝）華東 500kV 蘇州東數字化間隔（ 6 相，獨立支柱式）2.2 基本工作原理光纖偏振器光源圖2.1 NAE GL系列全光纖電子式電流互感器工作原理NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器利用的是磁光法拉第（Faraday）效應，其基本的工作過程如下（參見圖2.1）:光源發出的光被分成兩束物理性能不同光，并沿

10、光纜向上傳播（見紅、綠箭頭）； 在匯流排處，兩光波經反射鏡的反射并發生交換，最終回到光電探測 器處并發生相干疊加；當通電導體中無電流時，兩光波的相對傳播速 度保持不變，即物理學上所說的沒有出現相位差（圖 2.2a）；而通上 電流后，在通電導體周圍的磁場作用下，兩束光波的傳播速度發生相 對變化，即出現了相位差（圖 2.2b），最終表現的是探測器處疊加的 光強發生了變化，通過測量光強的大小，即可測出對應的電流大小。圖2.2兩偏振光相干疊加示意圖2.3技術分析在磁光法拉第效應的基礎上，NAE-GL系列全光纖電子式電流互 感器綜合利用了光纖傳感技術和閉環控制技術，很好的克服了其他電 子式電流互感器的缺

11、點，具體表現為： 2.3.1閉環控制（負反饋）技術擴大了準確度下的動態范圍對于采用Rogowski線圈和磁光玻璃等電子式電流互感器而言， 都是采用的開環控制技術，這在準確度和動態范圍的穩定性方面從原 理上來說就有一定的局限性，所以要達到高性能的要求還是需要進一 步研究的。而NAE-GL系列的全光纖電子式電流互感器采用的是基于 全數字閉環控制技術，對各種可能出現的偏差進行校正，真正達到一 個完善的自適應控制系統，從原理和實現的手段上保證了電子互感器 的精度和動態范圍。2.3.2共光路、差動信號解調方式提高了抗干擾能力對于磁光玻璃式電子式電流互感器而言， 光信號輸入端和輸出端 不在同一點，走的路徑

12、是一個單向路徑，當受到來自外界的溫度變化， 振動以及電磁場輻射等因素的干擾，單向路徑受干擾源的影響就可能 會產生同向誤差，使得產品的精度出現不穩定性，也影響了產品的實 際使用效果。而對于NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器而言， 光 信號輸入輸出端在同一點，采用同一個光路，即使來自外界的溫度變 化，振動以及電磁場輻射等因素的干擾，同一光路路徑受干擾源的影 響出現的誤差也會互相抵消，從而提高了產品的穩定性。233全光纖結構提高了系統的可靠性NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器中敏感元件和傳輸元件 都為光纖，可以熔融連接，不受外界環境溫度的影響，真正做到了敏 感元件的長期穩定性和免維護，提高了

13、系統的可靠性。2.4 同類產品的比較下表2.1列出了各類型電流互感器在幾個方面的表現差異。表2.1不同電流互感器特點比較項目電磁式互感器電子式光電混合式光學式磁光玻璃式全光纖式測量原理電磁感應電磁感應法拉第效應法拉第效應敏感元件電磁線圈空心線圈光學玻璃光纖能否測直流否否可測可測，且精度高抗電磁干擾好差好好安全性能差好好好是否有源無有1無2無安裝靈活性差差差好注1 :羅式線圈電流互感器在 GIS應用中可以采用無源方式。注2 :磁光玻璃與LPCT組合式為有源方式2.5 產品組成環節NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器產品主要有光纖敏感環，連接光纜及其護套或絕緣子、電氣單元組成。下圖2.3為在GI

14、S中應用的示意圖。圖2.3 GIS集成方式全光纖電子式電流互感器組成示意圖2.5.1 敏感環光纖電流互感器敏感環主要有2種結構形式，分別用于GIS方式及其他應用場合，兩種結構分別見圖2.4和圖2.5，所對應的產品 型譜見表2.2圖2.4 NAE-GLXXXG系列產品敏感環表2.2全光纖互感器敏感環型譜表型號外徑D1 (mm)內徑D ( mm)厚度H ( mm)重量W (kg)NAE-GL110G335280191.2NAE-GL220 ，NAE-GL330G410340192.0NAE-GL220G （雙備份）NAE-GL330G （雙備份）410340384.0NAE-GL500G68054

15、0193.0NAE-GL500G （雙備份）680540396.0NAE-GL110Z、F/260305NAE-GL220Z、F/3203010NAE-GL220Z、F (雙備份)/3205015NAE-GL330Z、F/3203015NAE-GL330Z、F (雙備份)/3205020NAE-GL500Z、F/5203020NAE-GL500Z、F (雙備份)/52050252.5.2 電氣單元電流電氣單元介于光纖電流敏感環和合并單元之間，實現光探測信號的發送、電流信息的采集和處理及與合并單元的通訊等功能，是 全光纖電子式電流互感器的重要組成部分。電流電氣單元內部有解調模塊、 電源模塊、通訊

16、模塊及電氣母板 組成。其中解調模塊分別是 A、B、C三相和兩個備用，最多可達 4 個模塊插槽，可以根據具體需要選擇合適數量的解調模塊。光纖敏感 環和解調模塊一起構成一相光纖電流互感器，以功能模塊的方式插入 到箱內的母板上。除電源輸入接口外，其它輸入、輸出接口均為光纜，其中A、B、C三相光纜分別連接 A、B、C三相光纖電流敏感環，另外還有一個 備用。兩個光纖接口通過光纜和合并單元相連，其中一個是合并單元 為電流電氣單元提供同步采樣脈沖，另一個是電流電氣單元與合并單 元(MU )之間的串行通訊光纜，電流數據信息按照預定的協議通過 光纜送到合并單元上。還有一個光纖輸出接口用于和手持驗證終端連 接，用

17、于在線狀態下驗證電流數據的輸出。 各光纜/電纜的具體參數如 下：A、B、C三相及備用光纜外徑 6,長度根據現場情況可選； 采樣脈沖光纜，外徑3,多模光纖，波長850nm , ST接頭; 串行通訊光纜，外徑3,多模光纖，波長850nm , ST接頭; 電源輸入電纜，外徑8電流電氣單元的結構，主要是密閉箱體結構，尺寸如圖2.6所示, 為一 440X400X145 ( mm)的矩形箱體。連到電氣單元箱中的光纜、 電纜通過電氣單元箱的開孔與外界連接，所有接縫和開孔已進行了密 封和電磁屏蔽設計。ro'Milo0O加0AAQ圖2.6電流電氣單元箱體結構和尺寸2.6 主要技術參數表2.3主要技術參數

18、序號名稱性能1電源電壓110、220VDC± 20%2功耗<30W3工作條件及環境工作溫度范圍：40 C+ 65 C 相對濕度： 9%4敏感光纖環尺寸見表2.25電氣單元箱體尺寸密封箱體結構：長 X寬稿=440X400X145 （mm ）6合并單元尺寸標準機架結構：6U , 1/3 19 ”。7光纜長度A、 B、 C三相及備用相光纜根據現場情況選擇， 采樣脈沖光纜、串行通訊光纜長度根據現場情況選擇通訊光纜規格外徑3多模光纖，波長 850nm , ST接頭8電磁兼容滿足 GB/T 17626 ,GB/T20840.8-2007 的要求9低壓元件工頻耐壓和雷電沖擊各輸入、輸出端施加直流電壓2.8kV , 1min各輸入、輸出端施加全波電壓5.0kV，正負極性各3次10采樣頻率4kHz、5kHz等（隨同步脈沖頻率而變）11額定輸出2D4伯（測量）01CFH（保護）2.7實際應用2.7.1電氣數據NAE-GL系列全光纖電子式電流互感器可以廣泛應用于包括直流電流在內的所有交流系統的電流監測和保護。下表2.4示出了在各個電壓等級下的基本參數。表2.4參數表項甘NABGL11QHA5GL220KABGL330仙220304握岳工作電圧闖012625233標定一次電A)4Q-443QO4