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光电传感器在变电站通信控制系统中的应用探讨

导读: 随着光电传感器技术的不断成熟,其在变电站自动化系统中的实用化成为研究的重点。本文在分析了光电传感器性能特点的基础上,从通信方式和通信系统结构的影响两个方面阐述了光电传感器的应用对变电站通信控制系统的影响。

  摘 要 随着光电传感器技术的不断成熟,其在变电站自动化系统中的实用化成为研究的重点。本文在分析了光电传感器性能特点的基础上,从通信方式和通信系统结构的影响两个方面阐述了光电传感器的应用对变电站通信控制系统的影响。并结合我国变电站自动化系统的现状,重点探讨了光电传感器在变电站自动化系统中的应用方法和步骤:利用仪用传感器单元实现光电传感器与通信网络的接口;根据通信技术的发展状况和变电站的应用需求,光电传感器的接入方式可以分为三种不同的形式。光电传感器作为新型的电子式互感器,其应用将对变电站自动化系统产生深远的影响。

 

  1前言

 

  光电传感器作为一种新型的电压电流测量装置,与传统电磁式互感器相比较,具有绝缘强度高、动态范围大、频带宽、抗干扰能力强、不会产生磁饱和及铁磁谐振、体积小、重量轻、造价低等一系列优点。自20世纪60年代以来,光电传感器经历了原理性研究、试验样机和现场挂网运行等阶段[1]。目前国外已经有部分实用化产品投入市场,但真正得到大规模的应用还有一个过程,而且国内变电站自动化系统的应用水平不一,如何让光电传感器在变电站自动化系统中得到应用并提高变电站自动化系统的水平,成为光电传感器研究的重点。

  变电站通信控制系统是变电站自动化系统的重要组成部分,其技术水平直接关系到变电站自动化系统的性能。随着电子技术和通信技术的飞速发展,变电站通信系统也经历了集中式、功能分布式和分散分布式等阶段[2]。而通信系统的发展变化总是与变电站的测控、保护装置的发展变化相适应的。随着光电传感器在变电站中的应用,将对变电站通信控制系统产生深远的影响,并提高其自动化应用水平。

 

  2光电传感器的性能和特点

 

  光电传感器(OpticElectric Transducer,OET)根据传感头设计原理的不同可以分为有源型光电传感器(Active OET,AOET)和无源型光电传感器(Passive OET,POET)两种。前者在高压端采用新型传感头得到性能优越的电信号,利用光电转换为数字信号传输到低压端;后者主要是利用Faraday磁光效应(电流传感器)和Pockels电光效应(电压传感器)调制光信号,传感过程中不涉及电信号。虽然AOET和POET的传感原理差别很大,但传感特性和输出接口却存在很多的共同性,主要体现在以下几个方面[3,4,5]:

  1)暂态响应范围宽,谐波测量能力强

  暂态特性的优劣是判断一种互感器能否在电力系统中获得应用的一个重要参数,特别是与继电保护动作时间的配合。传统电磁式互感器由于存在铁芯,对高频信号的响应特性较差,不能正确反映一次侧的暂态过程。而光电互感器传测量的频率范围主要由电子线路部分决定,没有铁芯饱和的问题,因此能够准确反映一次侧的暂态过程。一般可设计到0.1 Hz到1 MHz,特殊的可设计到200 MHz的带通。光电传感器的结构可以测量高压电力线路上的谐波。而电磁感应互感器是难以达到的。

  2)数字接口,通信能力强

  由于光电传感器下传的就是光数字信号,与通信网络容易接口,且传输过程中没有测量误差。同时随着微机化的保护控制设备的广泛采用,光电互感器可以直接向二次设备提供数字量,这样就能省去原来保护装置中的变换器和A/D采样部分,使二次设备得到大大的简化,推动保护新原理的研究。

  3)体积小,重量轻、易升级,满足变电站小型化与紧凑型的要求

        由于光电传感器是靠传感头和电子线路进行信号的获取和处理,体积小,重量一般在1000 kg以下,便于集成在AIS或GIS中,这样将大大减少变电站的占地面积,满足变电站小型化和紧凑化的要求。同时光电互感器通过少量光缆与二次设备连接,可使电缆沟和电缆大为减少。如果间隔内的控制和保护等设备下放开关柜,将使变电站布置更紧凑。提高安全运行水平,经济效益显著。

  光电互感器还具有绝缘结构简单,绝缘性能好,造价低;不存在铁磁谐振问题;不存在CT二次开路、PT二次短路问题,以及不存在易燃、易爆危险等优点。但上面介绍的3个主要方面直接影响着变电站通信控制系统的通讯方式和系统结构,将对变电站自动化系统的发展有着重要影响。

 

  3光电传感器的应用对变电站通讯系统的影响

 

  变电站自动化通讯系统包括系统内部的现场级通信和自动化系统与上级调度通信两部分。在这里我们主要讨论光电传感器的应用对内部的现场级通信系统的影响。现场级通信主要解决内部子系统与上位机(监控主站)以及各子系统间的数据通信和信息交换问题,它的通讯范围是变电站内部。对于集中组屏的自动化系统来说,实际是在主控室内部;对于分散安装的自动化系统来说,其通讯范围扩大到主控室与子系统的安装地,通讯距离加长了。通讯方式有并行、串行、局域网和现场总线等多种方式。而目前国内流行的是分散分布式变电站自动化系统,其简单结构示意图如图1。

 

 

  其优点是变电站二次部分采用单元间隔的组织形式,功能分散,系统得到了一定的优化。但也存在装置间缺乏整体的协调和功能优化;输入信息不能共享,接线比较复杂;系统扩展复杂等问题。而随着光电互感器、智能化开关设备等面向一次的智能化设备日趋成熟,为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了资源整合和系统集成的技术基础。

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