数字化变电站是一种现代电力系统的重要组成部分,它通过全面数字化信息处理流程,实现了从信息采集到传输、处理和输出的全链条数字化。在这样的变电站中,电流、电压和状态信息的采集、传输和处理均采用统一的通讯规约,所有系统(如保护、测控、计量、监控、远动、VQC等)共享数据,极大地提高了信息的准确性和效率。与传统的综合自动化变电站相比,数字化变电站的一次设备直接将信息转化为数字量,通过光纤网络传输,而非依赖模拟信号电缆。
光电互感器是数字化变电站的关键设备,它们能将高压环境下的电流和电压信号转换为低电压的模拟或数字信号,以适应光纤通信的需求。在设计上,光电互感器通常由传感头、绝缘支柱和光缆三部分构成。传感头包含罗科夫斯基线圈、采集器、A/D转换器和光发射器,罗科夫斯基线圈无铁芯,用非晶体材料填充,用于传递信号;绝缘支柱则使用硅橡胶材料,内部填充固态硅胶,确保绝缘和支撑;光缆则分为数据光缆和能量光缆,用于传输信息和供给能量。
光电互感器分为有源式和无源式两种类型。有源式通过电磁感应或分压原理将信号转换为小电压,再转为光信号,而无源式则直接利用磁光效应和电光效应转化信号。无源式目前尚处于实验室阶段,因为存在稳定性问题和生产难度。有源式则面临高压端工作电源供应的挑战,但随着激光供能和高压取能技术的进步,这一问题得到了有效解决。
光电互感器相较于传统电磁式互感器,具有显著优势:它们能提供良好的高压绝缘,避免二次开路风险,不产生磁饱和和铁磁共振,具有宽频带和大动态范围,适合高速遥感和测量,结构紧凑且易于安装维护,适配电力系统的数字化需求。此外,它们还能减少漏油、爆炸等安全风险。
国际上,光电互感器已广泛应用于ABB、西门子等公司的产品中,数字化变电站也开始大量采用。然而,中国在这方面的发展相对较晚,尽管已有少数企业与高校在研发光电互感器,并有部分产品在实际运行中表现出良好的性能,但整体上还需进一步追赶国际先进水平,提升国产化程度和技术实力。