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数字化变电站中中压低功率电子式互感器应用的研究

作　者: 徐建锋
导　师: 张沛超
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 数字化变电站电子式互感器 IEC 61850 应用
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文分析了传统变电站中数字化技术运用的局限性,总结各方面研究结论提出了数字化变电站的定义和特征,探讨了数字化变电站的模型和功能分层,调研了数字化变电站技术的现状,初步研究了数字化变电站核心技术、通信网络的构建和分步实现,研究了电子式互感器的组成、原理和使用现状,重点研究了低功率电子式互感器的原理、特性和优势,针对低功率电子式电压互感器的分压问题提出了创新的实用化解决办法,最后针对上海电网的特点,提出了在中低压电网中具体的应用方案,具有原创性。基于IEC61850标准的数字化变电站,是指变电站内一次电气设备实现数字化通信,数字化一次设备和二次智能装置均按照全站统一的标准平台进行数据建模及通信,并在此平台的基础上实现相互之间的互操作性。IEC 61850按照变电站内监控和继电保护两大功能,从逻辑上将未来变电站内数字化设备分为三层:变电站层、间隔层和过程层。互感器作为变电站过程层的实时电气量测量装置,其作用是按照一定的比例关系将一次回路上的高电压和大电流转变为可输入测量仪表和继电保护设备的低电压、小电流信号或数字信号,实现二次设备与高压部分的隔离,保证设备和人身安全,是变电站实现监控和继电保护功能的基础。低功率电子式电流互感器基于传统电磁感应原理,性能稳定,测量范围宽、精度高,达到工程实用要求。相比于传统电磁式互感器可以实现单一互感器保护测量合一,减少了互感器组合类型,给电网公司和制造商都带来便利。而相比于Rogowski空心线圈电流互感器,它不需要积分电路,二次侧电压量相位与一次侧电流量相同,对于二次负载阻抗要求低,使用灵活、实用性强。低功率电子式电压互感器结构简单,工艺成熟,产品通用性强,体积小,重量轻,使用灵活,适应性强,二次侧可以短路,频率响应范围广,无铁磁谐振问题,测量范围宽,可实现单一互感器保护测量合一。低功率电子式互感器产品成熟,应用灵活,尤其适用于在中低压电网中与组合式开关设备结合使用,在工程实际应用中的问题得到较好的解决后,在将来的电网建设中必将得到更为广泛的应用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-16
  1.1 变电站自动化系统概况  11-12
    1.1.1 电力系统发展状况  11
    1.1.2 变电站自动化技术发展历程  11
    1.1.3 电力系统自动化技术现状  11-12
  1.2 变电站自动化技术发展趋势  12-14
    1.2.1 变电站通信标准  12-13
    1.2.2 智能电子装置  13
    1.2.3 现场总线和工业以太网  13
    1.2.4 电子式互感器技术  13-14
  1.3 研究内容和全文结构  14-16
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 全文结构  14-16
第二章数字化变电站理论体系及相关技术现状  16-24
  2.1 前言  16
  2.2 数字化变电站的定义  16-17
  2.3 数字化变电站的逻辑模型及功能分层  17-19
    2.3.1 过程层  18
    2.3.2 间隔层  18-19
    2.3.3 变电站层  19
  2.4 数字化变电站相关技术发展现状  19-23
    2.4.1 电子式电流/电压互感器  19-20
    2.4.2 智能化断路器  20
    2.4.3 组合式开关设备  20
    2.4.4 IEC 61850 标准  20-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章基于IEC61850 标准的数字化变电站技术  24-48
  3.1 前言  24
  3.2 IEC61850 标准简介及其核心技术分析  24-33
    3.2.1 IEC61850 标准背景资料及内容构成  24-26
    3.2.2 变电站内功能分层及逻辑接口模型  26-28
    3.2.3 IEC61850 标准中面向对象的建模技术  28-30
    3.2.4 IEC 61850 标准中变电站的抽象模型  30-31
    3.2.5 IEC 61850 标准中应用和通信的分离  31-32
    3.2.6 基于IEC 61850 标准的产品实现  32-33
  3.3 数字化变电站通信网络的构建  33-42
    3.3.1 变电站层和间隔层之间的网络结构  34-35
    3.3.2 间隔层和过程层之间的网络结构  35-40
    3.3.3 数字化变电站通信网络的物理模型  40-42
  3.4 数字化变电站通信网络的分步实现  42-47
    3.4.1 间隔层和变电站层设备之间通信的实现  42-43
    3.4.2 过程层通信的实现  43-46
    3.4.3 过程层网络和变电站层网络的合并  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章电子式电流/电压互感器技术方案选型和对比  48-76
  4.1 前言  48
  4.2 电子式互感器的基本组成  48-50
  4.3 电子式电流/电压互感器原理及技术分析  50-66
    4.3.1 基于Rogowski 电流传感器原理的电流互感器  50-53
    4.3.2 基于Faraday 磁光效应原理的电流互感器  53-55
    4.3.3 内置分流电阻的铁心式低功率电流互感器  55-58
    4.3.4 电容分压电子式电压互感器  58-60
    4.3.5 基于Pockels 晶体电光效应原理的光电电压互感器  60-62
    4.3.6 补偿式电阻分压型低功率电压互感器  62-66
  4.4 电子式互感器与传统的电磁式互感器相比较的特点  66-67
  4.5 电子式电流/电压互感器的产品和使用现状  67-70
    4.5.1 OET700 系列电子式电流/电压互感器  67-68
    4.5.2 NX 系列光电互感器  68-69
    4.5.3 西门子公司的SIFOCS 光纤电流传感器  69
    4.5.4 ABB 公司用于低压开关柜中的组合式传感器  69
    4.5.5 德国斯尼文特公司的组合型光电数字互感器  69-70
    4.5.6 国内保护厂家对于电子式互感器的研究  70
  4.6 低功率电子式互感器在中压系统中的适用性分析  70-75
    4.6.1 中压系统的特殊性  70-71
    4.6.2 电子式电流互感器的选型和比较  71-74
    4.6.3 电子式电压互感器的选型和比较  74-75
  4.7 本章小结  75-76
第五章上海110 千伏数字化变电站中低功率电子式互感器典型应用方案和实现  76-96
  5.1 前言  76
  5.2 LPVT 输入阻抗问题及其解决方案  76-80
    5.2.1 LPVT 输入阻抗问题  76
    5.2.2 LPVT 阻抗问题解决方案  76-80
      5.2.2.1 LPVT 冗余配置和二次装置并接方式  76-77
      5.2.2.2 采用具有恒定阻抗输出的有源分配器  77-79
      5.2.2.3 采用功率放大器用于变电站改造项目  79-80
  5.3 低功率电子式互感器在开关柜中的集成方式  80-85
    5.3.1 在中压SF6 气体绝缘开关柜中的集成  81-84
    5.3.2 在中压空气绝缘开关柜中的集成  84-85
  5.4 上海电网变电站主接线形式和特点  85-87
    5.4.1 220 千伏变电站  85
    5.4.2 110 千伏变电站  85-86
    5.4.3 35 千伏变电站  86
    5.4.4 中低压侧接线形式的特点  86-87
  5.5 数字化变电站中低功率电子式互感器典型应用方案  87-92
    5.5.1 常规接线形式下典型应用方案的讨论  87-91
    5.5.2 电压互感器按间隔配置接线形势下应用方案的讨论  91
    5.5.3 方案比较  91-92
  5.6 低功率电子式互感器在110 千伏封周变电站中的实现  92-95
    5.6.1 全面实践数字化变电站分层分布式三层三网结构  92-94
    5.6.2 低压侧全面采用低功率电子式互感器  94-95
  5.7 本章小结  95-96
第六章全文总结  96-99
  6.1 本文的主要工作  96-97
    6.1.1 分析总结出低功率电子式互感器在中压领域中应用具有优势  96
    6.1.2 实用性的解决了LPVT 应用中的输入阻抗问题  96-97
    6.1.3 首次提出低功率电子式互感器在上海电网中的通用性应用方案  97
  6.2 不足和建议  97-99
    6.2.1 不足  97-98
    6.2.2 建议  98-99
致谢  99-100
参考文献  100-102
攻读硕士学位期间已发表或录用论文  102-103
附件  103-105

数字化变电站中中压低功率电子式互感器应用的研究

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