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1、第 六 章 配电系统调度 自动化 一、电力系统调度和调度管理一、电力系统调度和调度管理电力系统调度是电力系统生产运行的一部分，是生产运行电力系统调度是电力系统生产运行的一部分，是生产运行的指挥部门。直接领导电力系统内发电、输电、变电和配的指挥部门。直接领导电力系统内发电、输电、变电和配电各部分运行值班人员和设备的运行、操作和事故处理。电各部分运行值班人员和设备的运行、操作和事故处理。保证电力系统安全经济地运行，向用户有计划地供应符合保证电力系统安全经济地运行，向用户有计划地供应符合质量标准的电能。质量标准的电能。第一节 概述（一）电力系统调度工作的性质（一）电力系统调度工作的性质1.1.指挥系
2、统指挥系统 指指挥挥系系统统内内部部发发电电厂厂和和变变电电所所的的倒倒闸闸操操作作、事事故故处处理理和和调调整整有功功率与无功功率。有功功率与无功功率。2.2.生产性质生产性质 负负责责电电网网的的安安全全稳稳定定和和经经济济运运行行，制制定定电电网网正正常常和和特特殊殊接接线线方方式式，规规定定送送电电线线路路的的稳稳定定极极限限并并负负责责控控制制，确确定定继继电电保保护护和和自自动动装装置置整整定定值值，负负责责电电网网通通信信和和调调度度自自动动化化的的建建设设及及运运行行维护等电力生产的生产技术工作。维护等电力生产的生产技术工作。3.3.管理职能性质管理职能性质 负负责责电电力力系
3、系统统方方面面的的技技术术管管理理工工作作，掌掌握握系系统统内内发发供供电电单单位位生生产产运运行行情情况况，制制定定电电力力系系统统运运行行操操作作规规程程，开开展展调调度度、通通信信、自动化等方面的专业培训，制定和贯彻电网安全经济运行措施。自动化等方面的专业培训，制定和贯彻电网安全经济运行措施。二、电力系统调度工作的性质和任务电电力力系系统统调调度度工工作作的的主主要要任任务务是是在在保保证证安安全全供供电电和和电电能能质质量量的的情情况况下下，最最大大限限度度地地满满足足用用户户的的用用电电需需要要和和组组织织好好能能源的合理利用。源的合理利用。1.1.尽电网当时设备能力满足用户用电需要
4、尽电网当时设备能力满足用户用电需要2.2.保证安全供电保证安全供电3.3.保证电能质量保证电能质量4.4.经济合理的利用能源经济合理的利用能源 （二）电力系统调度工作的任务1.1.预计负荷预计负荷 2.2.平衡电源平衡电源3.3.倒闸操作倒闸操作4.4.事故处理事故处理5.5.经济调度经济调度6.6.计划用电计划用电（三）电力系统调度的几项基本工作 调度自动化源于远动技术。调度自动化源于远动技术。远动技术起始于本世纪远动技术起始于本世纪3030年代，是为了使分散在相距较远的生年代，是为了使分散在相距较远的生产单位及生产设备能够完成同一生产任务，服从一个调度机构产单位及生产设备能够完成同一生产任
5、务，服从一个调度机构指挥，收集信息，实现生产过程的监视与控制而产生的一门技指挥，收集信息，实现生产过程的监视与控制而产生的一门技术学科。术学科。3030年代，远动技术首先应用于铁路运输系统。年代，远动技术首先应用于铁路运输系统。5050年代，远动装置才在我国东北、华北、华东等电网中试用年代，远动装置才在我国东北、华北、华东等电网中试用 。6060年代，电子计算机技术进入电网调度领域年代，电子计算机技术进入电网调度领域 7070年代，第一代电网调度自动化产品研制成功。它是基于专用年代，第一代电网调度自动化产品研制成功。它是基于专用计算机和专用操作系统的计算机和专用操作系统的SCADASCADA系
6、统系统 8080年代，出现了第二代产品，即基于通用计算机的年代，出现了第二代产品，即基于通用计算机的EMSEMS系统系统 9090年代，出现了第三代产品，即基于年代，出现了第三代产品，即基于RISC/UNIXRISC/UNIX的开放式分布式的开放式分布式的的EMS/DMSEMS/DMS系统系统 三、我国电网调度自动化的发展四、现代电网调度自动化系统的主要功能 电网调度自动化的主要功能电网调度自动化的主要功能数据数据采集采集与安与安全监全监视视调度调度员模员模拟培拟培训训安全安全分析分析自动控制自动控制经济经济调度调度水调水调自动自动化系化系统统调度调度信息信息管理管理系统系统正常正常发供发供电
7、控电控制制系统系统安全安全控制控制电力电力市场市场技术技术支持支持系统系统恢复恢复控制控制预防预防控制控制电压电压和无和无功控功控制制数据采集就是数据采集就是RTURTU将生产过程变成数据量，通过数据传输通道，将生产过程变成数据量，通过数据传输通道，发送到调度端，由调度端接收，进行正确性检查，做相应处理。发送到调度端，由调度端接收，进行正确性检查，做相应处理。安全监视就是调度员可以通过控制台在安全监视就是调度员可以通过控制台在CRT屏幕上调用有关画屏幕上调用有关画面，以达到对电网监视和控制的目的。面，以达到对电网监视和控制的目的。安安全全分分析析是是对对电电网网正正常常与与异异常常状状况况下下
8、的的可可靠靠性性及及事事故故状状态态进进行行预测分析，它包括静态安全分析和动态安全分析两种。预测分析，它包括静态安全分析和动态安全分析两种。经经济济调调度度是是指指在在安安全全监监视视的的基基础础上上达达到到电电网网最最经经济济的的运运行行，在在实实现现安安全全监监视视与与安安全全分分析析的的同同时时，在在保保证证电电网网频频率率与与电电压压质质量量的的前前提提下下，实实现现发发电电的的煤煤耗耗、水水耗耗与与网网损损为为最最小小、电电能能成成本本最最低低而而又又保证一定的备用容量。保证一定的备用容量。在在安安全全监监视视、安安全全分分析析与与经经济济调调度度已已确确定定的的基基础础上对电网实现
9、自动的调节与控制。上对电网实现自动的调节与控制。有有计计划划发发供供电电控控制制和和经经济济发发电控制电控制从从电电网网安安全全角角度度考考虑虑，对对发发电和负荷进行控制电和负荷进行控制 当当识识别别出出电电力力系系统统故故障障被被排排除除后后，利利用用一一定定的的判判据据对对系系统统进进行行控控制制，迅速恢复电网的正常运行迅速恢复电网的正常运行 当当故故障障分分析析子子系系统统发发出出预预报报,负负荷荷越越限限或或稳稳定定性性破破坏坏即即将将发发生生，对对系系统进行安全性约束控制；统进行安全性约束控制；以以网网损损最最小小作作为为目目标标函函数数，进进行行无无功功优优化化计计算算，由由此此对
10、对电电网网进进行行控控制制。从从电电网网安安全全考考虑虑，进进行行电电压压稳稳定定性性分分析析，对对电电网网电电压压进行控制。进行控制。（一）电网调度自动化系统的结构（一）电网调度自动化系统的结构 一个完整的电力调度自动化系统由三部分组成，即调度端一个完整的电力调度自动化系统由三部分组成，即调度端（控制中心）、厂站端（被控站）和数据传输电路。（控制中心）、厂站端（被控站）和数据传输电路。我我国国电电力力系系统统实实行行分分层层调调度度，按按地地域域划划分分，具具有有国国调调、网网调、省调、地调、县调五级建制。调、省调、地调、县调五级建制。五、电网调度自动化系统的结构和配置图图6-1电网调度自动
11、化的分层控制电网调度自动化的分层控制1 1调度端的硬件配置调度端的硬件配置调度端（控制中心）的硬件设备当前均采用计算机技术，按完调度端（控制中心）的硬件设备当前均采用计算机技术，按完成的不同主要任务配置多机，计算机间采用网络设备连接，构成的不同主要任务配置多机，计算机间采用网络设备连接，构成分布式结构。成分布式结构。前置机或通信管理系统（前置机或通信管理系统（CMSCMS）承担数据收集的设备承担数据收集的设备；主主服服务务器器对对数数据据进进行行处处理理、建建立立数数据据档档案案和和协协调调整整个个系系统统工作的计算机；工作的计算机；调度员工作站调度员工作站为调度员建立人机界面（为调度员建立人
12、机界面（MMIMMI）的设备；的设备；应用工作站应用工作站完成各专项任务的计算机；完成各专项任务的计算机；其其它它尚尚有有一一些些外外围围设设备备，如如调调制制解解调调器器（MODEMMODEM）、打打印印机机、模模拟盘及控制设备等。拟盘及控制设备等。（二）电网调度自动化系统的软硬件配置 2 2调度端的软件配置调度端的软件配置调度端的系统软件也就是计算机操作系统，它是一台计算机运调度端的系统软件也就是计算机操作系统，它是一台计算机运行的最基本的软件，它的四大任务分别是行的最基本的软件，它的四大任务分别是CPUCPU管理、内存管理、管理、内存管理、任务管理和外部设备管理。任务管理和外部设备管理。
13、调调度度端端的的支支撑撑软软件件或或支支撑撑平平台台是是应应用用软软件件的的基基础础部部分分，它它提提供供了了一一个个应应用用环环境境。作作为为电电力力调调度度自自动动化化系系统统的的支支撑撑软软件件包包括括三三个部分：适于电力调度使用的数据库、人机会话和网络通信。个部分：适于电力调度使用的数据库、人机会话和网络通信。调调度度端端的的应应用用软软件件主主要要是是指指为为完完成成电电力力调调度度的的各各种种功功能能而而使使用用的的软软件件，其其中中有有SCADASCADA（安安全全监监控控与与数数据据采采集集）软软件件、安安全全分分析析软件、经济调度软件、自动控制软件等。软件、经济调度软件、自动
14、控制软件等。3 3厂站端的配置厂站端的配置远方终端装置远方终端装置 （RTURTU）：）：一般由微型计算机芯片构成的模一般由微型计算机芯片构成的模板组成，它的主要任务是完成电力生产过程中信号的采集、板组成，它的主要任务是完成电力生产过程中信号的采集、简单处理、传输、控制命令的接收及执行。简单处理、传输、控制命令的接收及执行。过程设备：指电力生产过程信号的连接及转换、控制命令过程设备：指电力生产过程信号的连接及转换、控制命令的转换及执行机构的连接等设备，如各种变送器、连接信的转换及执行机构的连接等设备，如各种变送器、连接信号电缆、光电隔离器、执行继电器等。号电缆、光电隔离器、执行继电器等。配电系
15、统调度自动化是由中央处理机（计算机）和远动装配电系统调度自动化是由中央处理机（计算机）和远动装置等组成的配电网监控和数据收集系统，以辅助调度员做置等组成的配电网监控和数据收集系统，以辅助调度员做好配电网运行工作的调度方法。好配电网运行工作的调度方法。第二节 配电系统调度自动化的基本概念配配电电网网调调度度自自动动化化的的功功能能一一般般只只有有电电网网监监控控和和电电网网数数据据收收集集，即即所所谓谓SCADASCADA系系统统。这这个个系系统统又又称称为为调调度度自自动动化化系系统统，它它主主要要由由变变电电所所端端的的信信息息收收集集兼兼控控制制单单元元、数数据据传传输输通通道道、调调度度
16、端端的的远远动动装装置置、中中央央处处理理机机、输输出出显显示示打打印印和和人人机机对对话等设备组成话等设备组成 一、配电调度自动化系统的组成计算机计算机远动装置远动装置异常异常报警报警打印打印数据数据存储存储屏幕屏幕显示显示电网电网模拟图模拟图人机人机对话对话调度员调度员配电网设备配电网设备配电网设备配电网设备（一）地区电网调度自动化功能（一）地区电网调度自动化功能系统基本功能为：数据收集、安全监视与控制、功率系统基本功能为：数据收集、安全监视与控制、功率总总加加、电电能能量量总总加加、事事件件顺顺序序记记录录、汉汉字字制制表表打打印印、汉汉字字CRTCRT显示及操作、模拟盘显示、数据转发。
17、显示及操作、模拟盘显示、数据转发。可可进进一一步步开开发发的的功功能能为为：状状态态估估计计、安安全全分分析析、潮潮流流优优化化、经济调度、调度员培训模拟、配电自动化等。经济调度、调度员培训模拟、配电自动化等。按基本功能内容列出的功能配备要求详见表按基本功能内容列出的功能配备要求详见表6-16-1和表和表6-2 6-2 二、配电调度自动化系统的主要功能（二）县级电网调度自动化功能（二）县级电网调度自动化功能 系系统统基基本本功功能能为为：数数据据收收集集、安安全全监监视视与与控控制制、功功率率总总加加、电电能能量量总总加加、事事件件顺顺序序记记录录、汉汉字字制制表表打打印印、汉汉字字CRTCR
18、T显显示及操作、模拟盘显示、数据转发。示及操作、模拟盘显示、数据转发。可进一步开发的功能为：安全分析、调度员模拟培训等。可进一步开发的功能为：安全分析、调度员模拟培训等。按按基基本本功功能能内内容容，列列出出各各等等级级县县调调自自动动化化功功能能配配备备要要求求，详见表详见表6-36-3和表和表6-46-4。第三节 调度自动化系统实例 图图6-3天津港电力调度中心主控系统天津港电力调度中心主控系统调度工作站的主要任务是对调度工作站的主要任务是对网络运行方式，倒闸操作进网络运行方式，倒闸操作进行调度管理。行调度管理。调度工作站调度工作站调度工作站调度工作站主机主机前置机前置机前置机前置机110
19、110kVkV站站NT95NT95系统系统1 1号配电站号配电站NT95NT95系统系统2 2号配电站号配电站NT95NT95系统系统RTU1RTU1RTU9RTU9RTU10RTU10RTU22RTU22RTU23RTU23RTU33RTU33110kV变电变电站、站、6kV1号和号和2号配号配电站设置集控站。集控站系统由电站设置集控站。集控站系统由模拟盘、调度台、多台模拟盘、调度台、多台586微机微机和汉字打印机组成以网络形式相和汉字打印机组成以网络形式相连的开放式分布监控系统。连的开放式分布监控系统。前置机也就是通信信道机，其主要任前置机也就是通信信道机，其主要任务是采集各集控站务是采集
20、各集控站RTURTU的数据，并对的数据，并对数据进行预处理，然后将处理的数据数据进行预处理，然后将处理的数据发送给发送给SCADASCADA主机或上模拟屏，同时主机或上模拟屏，同时也接收也接收SCADASCADA机的遥控、遥调命令，机的遥控、遥调命令，发往各集控站的发往各集控站的RTURTU。作为结点机，其主要任务是进行实时作为结点机，其主要任务是进行实时数据的采集和运行工况的监控，建立数据的采集和运行工况的监控，建立实时数据库和历史数据库，并完成数实时数据库和历史数据库，并完成数据库的管理，以广播方式向网络发布据库的管理，以广播方式向网络发布实时数据。实时数据。主控系统采用由电力部电力自动主
21、控系统采用由电力部电力自动化研究院北京南瑞系统控制公司化研究院北京南瑞系统控制公司提供的提供的RD800RD800型电网监控系统，该型电网监控系统，该系统的计算机采用多台美国系统的计算机采用多台美国SUNSUN公公司生产的司生产的SUN SPARC20SUN SPARC20工程工作工程工作站作为前置主机（通信信道机）站作为前置主机（通信信道机）和调度员工作台和调度员工作台 港务局电力调度中心系统由主控系统、港务局电力调度中心系统由主控系统、3 3个集控站系统以及若干个集控站系统以及若干台台RTURTU组成。组成。主控中心设置调度员，集控站设置值班人员，控制命令由主控主控中心设置调度员，集控站设
22、置值班人员，控制命令由主控中心下发到集控站，由集控站进行直接控制。中心下发到集控站，由集控站进行直接控制。系统的数据采集主要是天津港港口供电网的模拟量、开关量、系统的数据采集主要是天津港港口供电网的模拟量、开关量、脉冲量等的采集。系统将采集到的各种实时信息按照不同的要脉冲量等的采集。系统将采集到的各种实时信息按照不同的要求进行计算、处理、分类、归档，并存入数据库中，供各部室求进行计算、处理、分类、归档，并存入数据库中，供各部室使用。使用。主控中心和集控站的值班人员，通过各类计算机外部设备、模主控中心和集控站的值班人员，通过各类计算机外部设备、模拟盘等对变电站和配电站的运行状态进行实时监视。对各
23、变电拟盘等对变电站和配电站的运行状态进行实时监视。对各变电站可能出现的故障或异常现象随时报警。对于无人值班的变电站可能出现的故障或异常现象随时报警。对于无人值班的变电站和配电站的运行状态可以进行监视，对其开关可以进行远方站和配电站的运行状态可以进行监视，对其开关可以进行远方遥控操作。遥控操作。二、功能介绍变送器是调度自动化系统中经常用到的感受元件。在电力变送器是调度自动化系统中经常用到的感受元件。在电力系统中，它负责把电流、电压、功率等参数的变化传给计系统中，它负责把电流、电压、功率等参数的变化传给计算机系统。算机系统。变送器有电流、电压、功率、电量、频率、小电流接地选变送器有电流、电压、功率
24、、电量、频率、小电流接地选线等多种，有直流变送器也有交流变送器。线等多种，有直流变送器也有交流变送器。第四节 变送器 直直流流电电压压变变送送器器的的作作用用是是将将电电压压互互感感器器二二次次输输出出的的交交流流电电压变换成所需要的直流电压。压变换成所需要的直流电压。一、直流电压变送器图6-4 直流电压变送器原理结构 变送器变送器T T的一次绕组接在电压互感器的二的一次绕组接在电压互感器的二次输出端，故变送器次输出端，故变送器T T的输入电压的输入电压U U正常时正常时为为100100V V，经变送器经变送器T T将将100100V V的交流电压变的交流电压变换成整流电路所需的交流电压换成整
25、流电路所需的交流电压 二极管二极管V1V1V4V4组成的全波组成的全波整流电路将交流电压变成整流电路将交流电压变成一个直流电压一个直流电压 电阻电阻R R和电容和电容C1C1、C2C2组成的组成的型滤波电路，以滤掉不需要型滤波电路，以滤掉不需要的谐波成分。的谐波成分。二二极极管管V5V5是是根根据据输输出出特特性性初初始始段段选选配配，以以补补偿偿磁磁化化曲曲线线初始部分的非线性。初始部分的非线性。变变送送器器按按正正常常要要求求是是将将100100V V的的交交流流电电压压变变换换成成6 6V V的的直直流流电电压压。这这就就是是说说，当当输输出出电电阻阻为为6 6k k 时时，变变送送器器
26、的的直直流流输输出出电电流流为为1 1mAmA。如如果果母母线线电电压压为为1010kVkV，电电压压互互感感器器的的变变比比为为100100，则则该该变变送送器器可可将将U U 100V100V的的交交流流电电压压变变换换成成U U6V6V的的直直流流电电压压，在在此此情情况况下下可可保证其变换精度为土保证其变换精度为土0.50.5。实实际际中中为为了了考考虑虑电电网网电电压压的的波波动动，设设计计中中将将输输入入的的最最高高电电压压定定为为120120V V，从从而而使使得得现现场场的的100100V V实实际际电电压压约约为为120120V V的的3/43/4。这这就就是是说说，当当输输
27、入入交交流流电电压压为为120120V V时时，直直流流输输出出电电流流为为1 1mAmA，因因此此，每每伏输入电压所对应输出电流的理论值为：伏输入电压所对应输出电流的理论值为：1 1mA/120V=8.33 A/VmA/120V=8.33 A/V 变送器的误差用相对误差来表示，其计算公式是：变送器的误差用相对误差来表示，其计算公式是：(理论值理论值-实际值实际值)/)/满量程值满量程值 若若变变送送器器输输入入交交流流电电压压100100V V时时，其其实实测测输输出出电电流流为为0.8350.835mAmA，而而100100V V的理论毫安数为的理论毫安数为8.33 8.33 A/V*l0
28、0V=0.833mAA/V*l00V=0.833mA，于是于是 (0.833-0.835)/1(0.833-0.835)/1-0.2-0.2变送器的误差为了保证变送器的精确度为了保证变送器的精确度,要注意以下几个问题要注意以下几个问题:(1)(1)变送器的铁芯的磁化特性曲线要有足够的线性度；变送器的铁芯的磁化特性曲线要有足够的线性度；(2)(2)电阻选用温度系数稳定的锰铜和铜线绕制。电阻选用温度系数稳定的锰铜和铜线绕制。(3 3)桥桥式式整整流流二二极极管管要要经经过过严严格格的的筛筛选选，其其特特性性要要保保持持一一致。致。直流电压变送器的特点：直流电压变送器的特点：其其输输出出端端并并有有
29、时时间间常常数数较较大大的的惯惯性性元元件件，所所以以对对暂暂态态量量的的响应速度慢，一般在响应速度慢，一般在0.10.10.30.3s s之间之间 。交交流流电电压压变变送送器器是是将将电电压压互互感感器器二二次次输输出出的的100100V V交交流流电电压压变换成所需要的交流电压。变换成所需要的交流电压。特特点点：这这种种变变送送器器的的输输出出端端没没有有大大电电容容并并接接，其其响响应应速速度度在在252550 50 s s之之间间，因因此此，这这种种变变送送器器目目前前广广泛泛用用于于检检测测装装置中用于采集暂态信息。置中用于采集暂态信息。二、交流电压变送器图图6-5 6-5 交流电
30、压变送器原理接线交流电压变送器原理接线作用：是将交流电流变换成与之成线性关系的直流电流。作用：是将交流电流变换成与之成线性关系的直流电流。直流电流变送器一次绕组接至电流互感器的二次侧，将交直流电流变送器一次绕组接至电流互感器的二次侧，将交流电流流电流 变换成与之成线性关系的直流电流变换成与之成线性关系的直流电流I I。，。，为了可为了可调，电流变送器的一次绕组设有抽头调，电流变送器的一次绕组设有抽头 三、直流电流变送器 图图6-6 6-6 直流电流变送器原理接线直流电流变送器原理接线四、功率变送器功率变送器的任务是把输入的电流功率变送器的任务是把输入的电流和电压变换成与功率成比例的直流电压。和
31、电压变换成与功率成比例的直流电压。图图6-7 6-7 功率变送器原理接线功率变送器原理接线 BsBs910910双脉冲宽调制器的输双脉冲宽调制器的输入电压入电压U UABAB和和U UBCBC经高阻降压经高阻降压和变换，形成两路脉冲信和变换，形成两路脉冲信号号 和和 作为乘法器作为乘法器BS904BS904的乘数输入之一的乘数输入之一 分流器分流器经过分流器经过分流器L L获得的获得的和和 信号信号 ，这两个信号，这两个信号与电流与电流 和和 成正比，成正比，作为乘法器作为乘法器BS904BS904的另一乘的另一乘数输数输入入 BS904BS904乘法器将输入的乘法器将输入的电流和电压相乘而形
32、成电流和电压相乘而形成功率，该乘法器的输出功率，该乘法器的输出是与功率成比例的电压是与功率成比例的电压 电量变送器的任务是通过采集到的电压和电流获得所需要电量变送器的任务是通过采集到的电压和电流获得所需要的电量。的电量。我们知道由有功、无功功率变送器得到的直流输出电压我们知道由有功、无功功率变送器得到的直流输出电压U Uo o是与有功功率是与有功功率P P和无功功率和无功功率Q Q成正比的，如将该直流电压成正比的，如将该直流电压U Uo o 对时间进行积分，即可得到所要求的电量。对时间进行积分，即可得到所要求的电量。五、电量变送器图图 6-8 6-8 电量变送器原理结构电量变送器原理结构 电压
33、频率变电压频率变换器组件换器组件 并并串行码输出串行码输出串行可逆计数器串行可逆计数器分频器分频器（100100）UoUo极性极性判别判别U/FU/F功功率率变变送送 器器 至显示器至显示器并行插头并行插头不停电不停电电源电源串行计数器串行计数器 电量变送器的工作情况：功率变送器的输出电压电量变送器的工作情况：功率变送器的输出电压U U经过经过BS907BS907的的U/FU/F器件，器件，U/FU/F将输出一串重复频率正比于其输入电压将输出一串重复频率正比于其输入电压U U的等幅脉冲，经过分频系数的等幅脉冲，经过分频系数为为100100的分频器后输出至的分频器后输出至F F端，在端，在BS9
34、07BS907“一一”输出的控制下，串行计数器输出的控制下，串行计数器BS920BS920对对F F端输入的等幅脉冲进行加计数或减计数，以达到对电量的累计。端输入的等幅脉冲进行加计数或减计数，以达到对电量的累计。频率变送器的任务：将电力系统的频率偏差变成一个与之频率变送器的任务：将电力系统的频率偏差变成一个与之成正比的直流电压或直流电流。成正比的直流电压或直流电流。测频原理：若频率变送器所输出的矩形波电压的幅值为测频原理：若频率变送器所输出的矩形波电压的幅值为E E，矩形波脉冲宽度为矩形波脉冲宽度为1010msms，矩形波脉冲的周期为矩形波脉冲的周期为T T，则其输出则其输出的直流平均电压的直
35、流平均电压U Uo o为：为：六、频率变送器 图图6-9 6-9 频率变送器的原理接线频率变送器的原理接线 图中图中220220v v的交流信号的交流信号由由2020端子输入，端子输入，100100v v的交流信号由的交流信号由2121端子端子输入。交流电压输入输入。交流电压输入BS900BS900电源组件后，电源组件后，产生产生8 8V V的电压，供的电压，供差频差频/电压变换器电压变换器BS908BS908用。用。同时还同时还产生产生2020V V交流电压作交流电压作为为BS908BS908的输入信号，的输入信号，也作为显示组件也作为显示组件BS913BS913的工作电源。的工作电源。频差
36、电压变换器频差电压变换器BS908BS908将频差变换成将频差变换成直流电压和直流电流，直流电压和直流电流，输出的直流电压经过输出的直流电压经过标度电位计分压后标度电位计分压后送送入入BS913BS913显示组件中显示组件中进行进行A AD D转换后，获转换后，获 得频差的数字及符号。得频差的数字及符号。功率总加器的作用：为了获得功率的总和。功率总加器的作用：为了获得功率的总和。核心元件就是一个高精度的运算放大器构成的加法器核心元件就是一个高精度的运算放大器构成的加法器 七、功率总加器图图6-10 6-10 功率总加器原理接线功率总加器原理接线 输入的电压输入的电压U UPnPn（n=1n=1
37、、2 2、3 3.12.12）是与功率成比例是与功率成比例的，的，U U1 1至至U U8 8都接入都接入A A点，其点，其功率是相加的功率是相加的 输入的电压输入的电压U UPnPn（n=1n=1、2 2、3 3.12.12）是与功率成比例是与功率成比例的，的，U U9 9至至U U1212都接入都接入B B点，点，其功率是相减的其功率是相减的 总加器总加器BS906BS906的输出电压是的输出电压是所有输入电压所有输入电压U UPnPn （n=1n=1、2 2、3 3.12.12）的代数和，即其的代数和，即其输出电压与输人功率的代输出电压与输人功率的代数和成正比。数和成正比。BS906BS
38、906输出电压经输出电压经BS907BS907电电压压/频率变换器，变换成与频率变换器，变换成与其输入电压成正比的一连其输入电压成正比的一连串重复频率的等幅脉冲，串重复频率的等幅脉冲，送往送往BS920BS920计数器计数器 BS920BS920在规定的时间内记录在规定的时间内记录脉冲的个数，并把记录结脉冲的个数，并把记录结果，也就是代表功率的总果，也就是代表功率的总和送往和送往BS914BS914显示器，以显显示器，以显示功率的总和示功率的总和 小电流接地选线变送器的作用：给小电流接地选线装置提小电流接地选线变送器的作用：给小电流接地选线装置提供所需要的输入参量。供所需要的输入参量。在中性点
39、经消弧线圈接地电网中，发生接地故障时常采用在中性点经消弧线圈接地电网中，发生接地故障时常采用五次谐波原理选线法来查找故障线路。即利用零序电流五次谐波原理选线法来查找故障线路。即利用零序电流3 3I I0 0的五次谐波作为判据。的五次谐波作为判据。八、小电流接地选线变送器 图图6-11 6-11 小电流接地选线变送器原理接线小电流接地选线变送器原理接线电抗变压器电抗变压器DKBDKB的初级线圈的初级线圈L1L1经经A A、B B两点串入小电流接地系统中所要测量的两点串入小电流接地系统中所要测量的线路零序电流互感器二次侧，获得线路的零序电流线路零序电流互感器二次侧，获得线路的零序电流3 3I I0
40、 0。DKBDKB和变压器和变压器DYBDYB的的等效电感与电容器等效电感与电容器C1C1构成对构成对5 5次谐波的串联谐振电路，在次谐波的串联谐振电路，在DYBDYB一次绕组上可一次绕组上可以获得最大的以获得最大的3 3I I0 0中的中的5 5次谐波电压，经次谐波电压，经DYBDYB匹配和隔离，再经匹配和隔离，再经V1V1和和C2C2进行整进行整流与滤波，由流与滤波，由R1R1、R2 R2分压，由分压，由BCBC点输出直流电压点输出直流电压U U0 0，U U0 0也就代表了被测量也就代表了被测量线路上零序电流线路上零序电流3 3I I0 0中五次谐波电流的大小。中五次谐波电流的大小。一、
41、概述一、概述 传统的互感器缺点：传统的互感器缺点：(1)(1)绝缘技术复杂、成本高、体积大而笨重；绝缘技术复杂、成本高、体积大而笨重；(2)(2)电电流流互互感感器器线线性性度度低低，互互感感器器铁铁芯芯在在故故障障状状态态下下的的饱饱和和限限制了电流互感器的动态响应精度制了电流互感器的动态响应精度;（3 3）电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备）电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备（4 4）电电流流互互感感器器的的输输出出端端不不能能开开路路，如如果果开开路路，产产生生高高电电压压对周围设备和人员存在潜在的威胁；对周围设备和人员存在潜在的威胁；（5 5）由由电电流流、电电压压互互感感器器引引
42、至至二二次次保保护护控控制制设设备备的的电电缆缆是是电电磁磁干扰的重要耦合途径。干扰的重要耦合途径。（6 6）输出不能直接与微机化计量及保护设备正确接口。）输出不能直接与微机化计量及保护设备正确接口。第五节 电子式互感器简介 电电子子式式互互感感器器(electronic electronic transformer)transformer)它它包包括括连连接接传传输输系系统统和和二二次次变变换换器器的的一一个个或或多多个个电电流流或或电电压压传传感感器器，将将被被测测量量按按比比例例传传送送给给测测量量仪仪器器、仪仪表表和和保保护护或或控控制制装装置置。装装置置的的输输出出可可能能是是模模拟
43、拟量量也也可可能能是是数数字字量量。对对于于模模拟拟量量输输出出的的互互感感器器，二二次次变变换换器器直直接接供供给给二二次次设设备备，对对于于数数字字输输出出的的互互感感器器，可可用用一一个个汇汇接接单单元元将将多多个个二二次次变变换换器器汇汇集集输输出出至二次设备。至二次设备。一一类类是是基基于于光光效效应应的的电电流流或或电电压压传传感感器器。（无无源源式式电电子子式式互感器互感器 ）另另一一类类是是在在常常规规互互感感器器基基础础上上发发展展起起来来的的半半常常规规传传感感器器，如如采采用用电电容容分分压压或或阻阻容容分分压压原原理理的的电电压压传传感感器器、铁铁心心线线圈圈低低功功率
44、率电电流流互互感感器器(LPCT)LPCT)、独独立立式式空空心心线线圈圈(罗罗戈戈夫夫斯斯基基线圈线圈)电流传感器等。（有源式互感器电流传感器等。（有源式互感器 ）电子式互感器的传感器分类 二电子式互感器的一般结构一次一次传感器传感器一次一次电源电源传输传输系统系统一次一次变换器变换器二次变换器经二次变换器经汇接单元以汇接单元以数字量输出数字量输出二次变换器二次变换器模拟量单元输出模拟量单元输出二次二次电源电源图图6-126-12单相电子式互感器通用框图单相电子式互感器通用框图 未投未投运运维护维护申请申请设备设备失效失效图图6-136-13数字接口组合接线图数字接口组合接线图 A A相相电
45、子式电子式互感器的二互感器的二次变换器次变换器 1 1 电流电流互感器互感器（1 1）基基于于法法拉拉第第（FaradayFaraday）磁磁光光效效应应的的电电流流互互感感器器，它采用它采用 Faraday Faraday 效应测量电流效应测量电流 。Faraday Faraday 效效应应是是指指磁磁场场可可改改变变介介质质的的电电子子通通道道，影影响响光光波的传播方向。波的传播方向。三电子式互感器的基本原理图图6-146-14 基于法拉第（基于法拉第（FaradayFaraday）磁光效应的磁光效应的电流电流互感器互感器 将偏振光的偏振将偏振光的偏振面角度变化信息面角度变化信息转化为电信
46、号。转化为电信号。将将光源光源变变成成线线偏振光。偏振光。图图6-156-15 法拉第效应原理图法拉第效应原理图设长度为设长度为dLdL的圆柱形玻璃棒受到与光束一致的磁场的圆柱形玻璃棒受到与光束一致的磁场H H的作用，则的作用，则光束在出玻璃棒出口处产生线性偏振，通过测量通流导体周围光束在出玻璃棒出口处产生线性偏振，通过测量通流导体周围线偏振光偏振面的变化，就可间接测量出导体中的电流值。线偏振光偏振面的变化，就可间接测量出导体中的电流值。偏振面旋转的角度偏振面旋转的角度符合下式规律符合下式规律 维尔德维尔德(Verder)Verder)常数，常数，由介质和光波波长决定，由介质和光波波长决定，表
47、征介质的磁光效应，表征介质的磁光效应，它是材料、温度和光波它是材料、温度和光波长度的函数长度的函数 磁场强度磁场强度 通过光元通过光元件的电流件的电流 光光束束偏偏振振面面的的旋旋转转角角正正比比于于流流经经导导线线的的电电流流。由由旋旋转转角角的的大大小小，即即可可检检测测电电流流的的强强弱弱。而而且且角角度度与与其其他他附附近近的的、非非环环绕绕的的导导线线无无关关；与与光光回回路路中中导导线线的的位位置置无无关关；与与光光回回路路几几何何形形状状的的变变化化、振振动动、热热膨膨胀胀等等因因素素无无关关。块状玻璃传感器 被测带电导体穿过玻璃中心孔、被测带电导体穿过玻璃中心孔、发发光二极管的
48、光束光二极管的光束经经起偏器起偏器形成偏振光射入玻璃。光束在形成偏振光射入玻璃。光束在玻璃中玻璃中经经内部折射形成内部折射形成围绕围绕被被测导测导体的体的环环路。路。导导体中被体中被测测电电流形成的磁流形成的磁场场与光束与光束环环路路方向相同，从而引起偏振面方向相同，从而引起偏振面旋旋转转，并由出口的，并由出口的检检偏器将偏器将偏振光的偏振面角度偏振光的偏振面角度变变化信化信息息转转化化为电为电信号。信号。线偏振光通过块状玻璃一周的偏转角度为：线偏振光通过块状玻璃一周的偏转角度为：利用检偏器将偏转角的变化转换为光强的变利用检偏器将偏转角的变化转换为光强的变化，由光强变化间接测量偏转角。化，由光
49、强变化间接测量偏转角。当当线线偏振偏振光通光通过检过检偏器偏器时时，输输出光出光强强P P为为：入射光经入射光经起偏器后起偏器后的光强的光强 射入检偏器光射入检偏器光的偏振面与检的偏振面与检偏器透光轴方偏器透光轴方向之间的夹角向之间的夹角 起偏器起偏器与检偏与检偏器光轴器光轴的夹角的夹角 比例常数比例常数 由由U U即可求即可求得被测电流得被测电流i i的大小的大小 基于罗戈夫斯基(Rogowski)线圈的电流互感器 被测电流从被测电流从i i线圈中心穿过线圈中心穿过,由电磁感应原理可知由电磁感应原理可知:任何一个随时间变化的电流总是伴任何一个随时间变化的电流总是伴随着一个随时间变化的磁场环链
50、随着一个随时间变化的磁场环链,这个磁场将在线圈中感应电势，产生这个磁场将在线圈中感应电势，产生二次电流，二次电流，将该二次电流转换为电压将该二次电流转换为电压 ，经过信号调制器将该电压信号转换成光信号，并通过，经过信号调制器将该电压信号转换成光信号，并通过光纤传输到低压端，最后在低压侧将光信号解调还原成电信号；测量输出的电信号光纤传输到低压端，最后在低压侧将光信号解调还原成电信号；测量输出的电信号就可以间接测量就可以间接测量i的大小。的大小。将测量导线均匀地绕将测量导线均匀地绕在截面均匀的非磁性在截面均匀的非磁性材料的框架上材料的框架上,就构成就构成了了Rogowski Rogowski 线圈