國家電網(wǎng)公司從20世紀90年代初就開展了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的試點工作，先后進行了一系列大量的科技試點和運行實踐活動。隨著智能電網(wǎng)技術的發(fā)展，技術、產(chǎn)品不斷革新。與一次側電網(wǎng)相比，智能配電網(wǎng)發(fā)展相對不快，主要原因如下：

　　(1)配電網(wǎng)涉及范圍廣、投資大。配電網(wǎng)所測控的對象包括開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、分段開關、聯(lián)絡開關等，需要進行監(jiān)測的設備眾多，但由于經(jīng)濟等方面的限制，實際的測量設備安裝數(shù)量遠遠無法滿足需要。而且，由于設備性能、安裝環(huán)境等方面的原因，配網(wǎng)量測終端采集的數(shù)據(jù)受外界干擾較大，數(shù)據(jù)可用性不高。

　　(2)已建配電網(wǎng)的配電網(wǎng)自動化終端安裝、電動操動機構改造等實施難度大。

　　(3)在試點過程中存在不少誤區(qū)。如存在認識偏差，過分追求狹義的故障處理功能(DA)，沒有建立整體全局觀，導致配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)綜合效益無從顯現(xiàn)。

　　(4)中心主站系統(tǒng)沒能很好地融合到綜合信息系統(tǒng)，沒能很好地服務于配電網(wǎng)的規(guī)劃、運行、維護;缺乏對整個配電調(diào)度管理系統(tǒng)的統(tǒng)籌考慮，大大限制了配電自動化系統(tǒng)的易用性和實用性。在過去近20年的配電網(wǎng)自動化改造當中，真正整體實現(xiàn)了配電網(wǎng)自動化的區(qū)域非常少見，這與智能電網(wǎng)所要達到的目標，出現(xiàn)了非常大的差距。

　　國家電網(wǎng)公司提出了智能配電網(wǎng)步步推進的技術路線圖。配電網(wǎng)自動化作為智能電網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術也備受重視。

　　在新一輪以智能電網(wǎng)為核心的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設過程中，給出新建項目技術方案的同時，應充分考慮到已建項目正處于運行之中的特點，必須考慮到因?qū)嵤┡潆娋W(wǎng)自動化改造而帶來的對運行可靠性的影響，及前述配電網(wǎng)自動化已存在的缺陷。配電網(wǎng)自動化所需要的數(shù)據(jù)基礎主要是電流和電壓，其他數(shù)據(jù)基本上都可以通過電流和電壓數(shù)據(jù)計算來獲取，為此希望在智能電網(wǎng)范疇內(nèi)的配電網(wǎng)自動化改造過程中，能夠結合目前存在的缺陷，找到一個盡量降低缺陷影響的新辦法和新思路。

　　2004年IEC60044-8《互感器電子式電流互感器》技術標準頒布以來，有的新建變電站采用了光纖電流互感器技術，光纖傳感技術已融入到智能變電站中。但是同時也必須認識到，在高電壓等級所采用的光纖電流互感器技術，在穩(wěn)定性、抗干擾性能等多個方面，還存在很多問題。目前尚不能做為成熟產(chǎn)品來應用。

　　國內(nèi)10kV網(wǎng)架的配電終端所采集的數(shù)據(jù)，都是基于傳統(tǒng)電磁原理的互感器，主網(wǎng)的先進技術遲遲不能應用到配電網(wǎng)領域。在配電網(wǎng)自動化改造過程中，對已存在的一次系統(tǒng)加裝電流互感器，也成為一項比較耗時費力的工作。為了破解這個困擾業(yè)界的難題，將新型傳感技術運用到配電網(wǎng)自動化的電流互感器當中，替代傳統(tǒng)電流互感器就變得非常必要和迫切。

　　光纖電流互感器的提出及研制

　　光纖技術測量電流始于20世紀60年代，1963年美國就已經(jīng)在230kV變電站中掛網(wǎng)運行。1979年英國掛網(wǎng)運行了全光纖互感器，1993年我國在廣東電網(wǎng)運行了華中科技大學研制的光纖電流互感器;進入2000年后，許繼集團聯(lián)合華北電力大學，南瑞集團聯(lián)合航天科技，ABB、西安創(chuàng)維等都在國內(nèi)電網(wǎng)上試運行了光纖電流互感器;近幾年上海嘉定變電站等投運了光傳感電流互感器。

　　以上的技術和產(chǎn)品主要集中在高電壓等級的主網(wǎng)，在中壓領域開展光纖傳感技術研究，國內(nèi)尚未有實際應用產(chǎn)品。

　　而在國外，擁有150萬客戶的丹麥最大電力公司DONGEnergy在2002年提出需求：“希望能有產(chǎn)品在不停電、不破壞現(xiàn)有運行設備的條件下，具有檢測中壓電纜線路故障和電流的精確測量功能?！苯?jīng)廣泛調(diào)查后發(fā)現(xiàn)市場上沒有符合條件的標準定型產(chǎn)品，為此，DONGEnergy發(fā)起并聯(lián)合丹麥大學光學實驗室及相關機構，組織了公司專攻技術與工程應用。2004年，光纖電流互感器在DONGEnergy實現(xiàn)了現(xiàn)場運行，配電終端以光纖互感器為基礎，具有“技術先進、功能實用、安裝便捷、適應智能電網(wǎng)需求、可靠性高”等特點，目前在全世界20多個國家的配電網(wǎng)領域得到實際運行應用。

　　經(jīng)過了工程實踐和不斷完善，以光纖電流互感器為主體組成的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，已成為一個專業(yè)的、相對成熟的技術產(chǎn)品體系。

　　光纖傳感配電終端通過光纖電流互感器來采集運行時的電流量，配合FTU/DTU所采集的電壓量，可以將有功功率、無功功率、頻率等信息進行精確計算，以及判斷短路故障電流、接地故障和故障距離等，采集精度高，計算量準確;還有多路信號采集回路及控制輸出回路;通過通信模塊，以網(wǎng)絡RJ45、無線GPRS及串行RS485/232為物理接口，以IEC60870-5-101/104和CDT協(xié)議和配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交互。也可以通過IEC61850協(xié)議，實現(xiàn)光纖電流互感器獨立發(fā)布數(shù)據(jù)。

　　光纖電流互感器的設計原理及實現(xiàn)

　　基本原理

　　當一束線偏振光在介質(zhì)中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度β與磁感應強度B和光穿越介質(zhì)的長度d的乘積成正比，即β=VBd，比例系數(shù)V稱為費爾德常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第磁光效應。

　　光纖電流互感器基本結構

　　LED發(fā)出的光源，經(jīng)過光學準直鏡頭以后，形成平行光進入起偏器，經(jīng)過起偏器以后轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，當線偏振光經(jīng)過安裝在導線上的磁光晶體時，導線中的電流產(chǎn)生的磁場將使光的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的偏振光通過檢偏器，檢測出偏振面旋轉(zhuǎn)的角度。

　　經(jīng)過檢偏器以后的變化了光強的光，經(jīng)過第二光纖后由光處理模塊上的光電探測器接收，并把它轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)過相關電路檢出其光強變化，再經(jīng)過信號處理、信息提取等智能過程，從而實現(xiàn)對導體內(nèi)電流強度的檢測。

　　光纖電流互感器的實現(xiàn)方法

　　光電檢測原理主要通過以下幾部分實現(xiàn)：光學器件：包括光傳感頭、絕緣件、夾具、定制光纖等;

　　光電處理模塊：包括發(fā)光器件、光接收器件、光電轉(zhuǎn)換、計算及分析判斷。

　　光纖電流互感器的特點如下：

　　(1)量程寬、精度高、頻帶寬、響應快，可同時滿足測量和保護需要。

　　(2)安裝維護便利，不損壞、不切割已有設備。

　　(3)全絕緣、耐高溫，無二次開路危險。

　　(4)短路故障測距，提高供電系統(tǒng)可靠性。

　　(5)節(jié)能環(huán)保，促進可持續(xù)發(fā)展。

　　硬件架構模式

　　光纖電流互感器所運行的硬件平臺，以高速雙CPU架構模式和16位AD作為核心元器件，包含大容量的程序FLASH、RAM、I/O接口、SCI、SPI等資源，大大地簡化了硬件的復雜程度，提高了硬件的可靠性。

　　支撐光纖電流互感器的硬件平臺功能

　　(1)板件組成。光纖電流互感器由通信ARM板、采集DSP板、光纖電流互感器板、電流互感器板、PT板、遙信板、遙控板、電源板組成。

　　(2)通信ARM板功能。ARM板配置了RS232調(diào)試口、以太網(wǎng)口、RS232/485口、GPRS模塊以及光纖通信接口，實現(xiàn)終端同主站之間的數(shù)據(jù)交換功能。ARM板還擁有大容量的程序空間、SDRAM、I/O口以及SCI、SPI、I2C、Ethernet等接口，使用雙口RAM與采樣DSP板交換數(shù)據(jù);芯片具有IEEE1588硬件支持功能，其時鐘精確性能達到40ns，可滿足IEC61850協(xié)議所需的精確對時要求。

　　(3)采集DSP板功能。負責計算和分析FPGA傳輸過來的采樣數(shù)據(jù)，同時通過雙口RAM與通信ARM板進行數(shù)據(jù)交換，是整個設備的處理中心，最大容量可設計為40路遙測、64路遙信、10路遙控，可滿足10條線路開閉所的測量和遙控的技術要求;FPGA芯片負責收集各采集板的采樣數(shù)據(jù)，同時也是命令下發(fā)的中間通道;DSP板還擁有程序存儲空間NORFLASH、RAM等接口;另外還具有CAN通信口、RS232調(diào)試口、數(shù)字量輸入和輸出。

　　(4)光纖電流互感器板功能。每塊光纖電流互感器板完成6路交流電流和2路零序電流的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，6路交流電流是通過接收光纖電流互感器的光信號轉(zhuǎn)換為CPU能接受的信號，2路零序電流是通過接收傳統(tǒng)電流互感器的電流信號轉(zhuǎn)換為CPU能接受的信號，一般采集兩條線路的三項交流電流量和零序電流量。交流電流可測最大一次側電流10000A，零序電流量程可通過電阻改變，一般為0~1A。

　　以光纖電流互感器為核心的配電網(wǎng)自動化終端(FTU/DTU)功能

　　(1)三遙功能。遙測、遙信、遙控。

　　(2)故障檢測功能。通過采集線路的電壓、電流量，提供零序過電壓、零序過電流、線路過負荷、線路三相過電流等檢測功能。根據(jù)采集到的電流大小及設置的定值，能夠自動快速判別線路是否發(fā)生故障，區(qū)分故障電流方向、識別單相接地或相間短路故障，并將故障信息和性質(zhì)及時主動上報給配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，以便進行相應故障處理。

　　(3)其他配電網(wǎng)自動化必要的功能。包括通信功能，調(diào)試、維護、管理功能，統(tǒng)計及數(shù)據(jù)存儲功能，可靠性設計等。

（轉(zhuǎn)載）