Разработка и опытная эксплуатация полностью оптического трёхфазного трансформатора напряжения 220 кВ с цифровым выходом

Андрей Николаевич Морозов; Анатолий Александрович Степанов; Сергей Вячеславович Малахов; Вадим Валерьевич Иванов

doi:10.34831/EP.2020.1063.2.005

Разработка и опытная эксплуатация полностью оптического трёхфазного трансформатора напряжения 220 кВ с цифровым выходом

Андрей Николаевич Морозов, Анатолий Александрович Степанов, Сергей Вячеславович Малахов, Вадим Валерьевич Иванов

Аннотация

Описывается электронный трёхфазный полностью волоконно-оптический измерительный трансформатор напряжения (ВОТН) класса точности 0,2 на номинальное напряжение 220 кВ с цифровым выходом для эксплуатации на объектах энергосистем, в том числе на электрических подстанциях. Принцип работы прибора основан на использовании продольного линейного электрооптического эффекта (эффекта Поккельса) для измерения переменного напряжения. Волоконно-оптическая схема измерения на основе низкокогерентной интерферометрии соединена через волоконный кабель с оптическим высоковольтным первичным преобразователем (ВПП) с помещённым в него электрооптическим кристаллом, дополнительных делителей напряжения внутри нет. Блок цифровой обработки сигнала (БЦО) содержит оптическую и электронные схемы формирования, детектирования и обработки электрооптического сигнала. ВОТН обладает цифровым интерфейсом, удовлетворяющим стандарту МЭК 61950-9-2 LE, и может использоваться как компонент в составе технологий “цифровая подстанция (Digital substation)” и “умные сети электроснабжения (Smart Grid)”. Изложены особенности конструкции ВПП и БЦО и приведены результаты метрологических характеристик ВОТН-220, основанные на данных, полученных при утверждении типа средства измерения и опытно-промышленной эксплуатации на действующей электрической подстанции 220 кВ.

Ключевые слова

оптический трансформатор напряжения, эффект Поккельса, низкокогерентная интерферометрия, МЭК 61950-9-2 LE, цифровая подстанция.

Полный текст:

PDF

Литература

Окоси, Т. Волоконно-оптические датчики [Текст] / Т. Окоси [и др.]. -- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

Удда, Э. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников [Текст] / Э. Удда. – 2008.

Santos, J.L. Handbook of optical sensors [Text] /J.L. Santos? F. Farahi (ed.). – Crc Press, 2014.

Сонин, А.С. Электрооптические кристаллы [Текст] / А.С. Сонин, А.С. Василевская. М.: – Атомиздат, 1971.

Сиротин, Ю.И. Основы кристаллофизики [Текст] / Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская. -- М.: Наука, 1975.

Kersey, A.D. Recent progress in interferometric fiber sensor technology [Text] / A.D. Kersey // Fiber Optic and Laser Sensors VIII. – International Society for Optics and Photonics. -- 1991. – Vol. 1367. – P. 2 -- 12.

Lee, K.S. Electrooptic voltage sensor: birefringence effects and compensation methods [Text] / K.S. Lee // Applied optics. – 1990. – Vol. 29. – No. 30. – P. 4453 -- 4461.

Lo, Y. Passive demodulation techniques for Michelson and polarimetric optical fiber sensors [Text] / Y.L. Lo, J.S. Sirkis // Experimental Techniques. – 1995. – Vol. 19. – No. 3. – P. 23 -- 27.

Сканави, Г.И. Физика диэлектриков [Текст] / Г.И. Сканави. -- М.: Физматлит, 1958. – Т. 2. – 830 с.

Bohnert, K.M. Fiber-optic sensing of electric field components [Text] / K.M. Bohnert, J. Nehring // Applied optics. – 1988. – Т. 27. – №. 23. – С. 4814 -- 4818.

Bohnert, K. Fiber-optic voltage sensor for SF 6 gas-insulated high-voltage switchgear [Text] / K. Bohnert, M. Ingold, J. Kostovic // Applied optics. – 1999. – Vol. 38. – No. 10. – P. 1926 -- 1933.

Bohnert, K.M. Fiber optic voltage sensor for 420 kV electric power systems [Text] / K.M. Bohnert, J. Kostovic, P. Pequignot // Optical Engineering. – 2000. – Vol. 39.

Rahmatian, F. Design and application of optical voltage and current sensors for relaying [Text]: 2006 IEEE PES Power Systems Conference and Exposition / F. Rahmatian // IEEE. -- 2006. – P. 532 -- 537.

Власов, М. Оптические трансформаторы: первый опыт [Текст] / М. Власов, А. Сердцев // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2008. – № 11. – С. 17 -- 20.

Абраменкова, И. Оптические датчики тока и напряжения [Текст] / И. Абраменкова, К.Е. Иван, Т.Ц.Й. Юрий // Компоненты и технологии. – 2010. – № 109.

Ковцова, И. Обработка и передача учётных данных для классических и цифровых электроподстанций [Текст] / И. Ковцова. – Litres, 2017.

Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью [Электронный ресурс]. – (http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/ies_aas.pdf).

Политика инновационного развития, энергосбережения и повышения энергетической эффективности ОАО «Россети» [Электронный ресурс]. – (https://www.rosseti.ru/investment/policy_innovation_development/doc/policy.pdf).

Измеритель напряжения на основе эффекта Поккельса [Текст]: пат. Рос. Федерация 2579541/ Степанов А.А., Новиков М.А., Курович П.Н.; заявитель и патентообладатель ОАО «ФСК ЕЭС» (RU), ООО !Айкью Системс» (RU); заявлен 25.02.2015; опубл. 10.04.2016, Бюл. № 10.

Иванов, В.В. Интерференционный волоконно-оптический датчик электрического напряжения на обратном пьезоэффекте [Текст] / В.В. Иванов, А.А. Степанов // Фотон-экспресс. – 2013. – №. 6. – С. 68 -- 69.

Ivanov, V. Temperature dependence of electro-optic effect and natural linear birefringence in quartz measured by low-coherence interferometry [Text] / V. Ivanov [et al.] // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54. – No 33. – P. 9911 -- 9918.

Уставщиков, С.С. Дистанционный волоконный датчик [Текст] / С.С. Уставщиков, С.Н. Комарова, М.А. Новиков // Фотон-экспресс (спецвыпуск). -- 2009. -- Bып. 9. -- С. 81 – 82.

Zhang, Ch. Quasi-reciprocal reflective optical voltage sensor based on Pockels effect with digital closed-loop detection technique [Text] / Ch. Zhang [et al.] // Optics Communications. – 2010. -- Vol. 283. -- P. 3878 – 3883.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2020.1063.2.005