Трансформаторы тока электронные оптические
- Отсутствие медных вторичных цепей, снижение стоимости материалов и затрат на монтаж;
- Отсутствие феррорезонансов;
- Отсутствие наводок и помех во вторичных цепях вследствие их естественной гальванической изоляции (передача сигнала по оптическому волокну);
- Возможность подключения неограниченного количества потребителей измерительной информации. Простота и гибкость масштабирования систем;
- Низкие затраты на текущую эксплуатацию, отсутствие рисков возникновения перерывов электроснабжения потребителей;
- Высокая точность измерений и обеспечение их единства для всех приборов-получателей данных;
- Возможность измерения гармонических составляющих до 100 порядка;
- Класс точности измерительного комплекса на базе оптических преобразователей (по цифровому интерфейсу) не достижим на традиционных схемах измерений;
- Стандартизация интерфейса связи между первичным и вторичным оборудованием. Возможность реализации всего парка приборов на базе унифицированных аппаратных решений для широкого круга задач;
- Повышение безопасности персонала при работе во вторичных цепях;
- Возможность измерения постоянного и переменного тока.
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный первичный ток, А
Номинальный вторичный ток, А
1 (стандартный аналоговый выход)
МЭК 61850-9-2 (Дублированный Ethernet 100 Base — FX c поддержкой протоколов PTP и PRP )
RS -485 (для измерений постоянного тока)
5TPE ( цифровой, кратность до 65 )
0-2000 (по выходу 9-2LE SV80)
Диапазон рабочих температур, о С:
— Электронный блок обработки
Номинальная нагрузка (аналоговый выход, на фазу) для измерений, ВА
Расстояние между измерительным датчиком и электронным блоком обработки, м
Источник
Требуется ли для оптических трансформаторов тока (напряжения) температурная компенсация в целях обеспечения точности измерений? В каком диапазоне температур она не требуется?
Сначала нужно уточнить терминологию, разграничив понятия основной и дополнительной погрешности.
Действительно, в классических конструкциях трансформаторов, действительно, есть основная погрешность трансформатора и целый ряд дополнительных погрешностей, возникающих из-за наличия гармоник, загрузки вторичных цепей, их взаимного влияния, а также температуры. Электронные трансформаторы тока и напряжения производства АО «Профотек» являются трансформаторами с компенсированной погрешностью. Для потребителя это означает, что трансформаторы обладают только основной погрешностью, а все влияющие факторы учитываются в работе электроники и автоматически компенсируются так, чтобы во всем рабочем диапазоне влияющих факторов трансформаторы находились в заданном классе точности. Поддержание заданных характеристик обеспечивается не только программными средствами, но и самой конструкцией. Основные особенности структуры измерительной части будут изложены ниже.
В конструкции электронных трансформаторов тока и напряжения, производимых компанией «Профотек», можно выделить две основные части:
- внешнюю, где чувствительный оптический элемент жестко закреплен на опорной изоляционной колонне с соединительным оптическим кабелем;
- внутреннюю, состоящую из блока электроники.
Также «Профотек» производит внешнюю часть с гибким чувствительным элементом, который размещен в продолжении соединительного оптического кабеля и без опорной колонны.
Внешняя часть электронных трансформаторов устанавливается, как правило, на открытой части распределительных устройств, на вводах генераторов, а также может быть интегрирована практически в любую сетевую инфраструктуру без её изменения за очень короткое время. В процессе работы внешняя часть может подвергаться воздействию температур в интервале от -60 до +60ºС, в то время как рабочий диапазон температур окружающей среды для блока электроники — -10…+40ºС, причем блок располагается в помещении с однотипным по режимам работы оборудованием (устройства РЗА и ПА, АСУ и т. п.). Конструкция электронных блоков трансформаторов тока и напряжения не требует дополнительной температурной компенсации.
Внешняя часть электронного трансформатора напряжения температурной компенсации не требует, так как емкостный делитель напряжения выполняется в виде единого высоковольтного конденсатора, который в процессе производства изготавливается из одного и того же материала, и основной задачей «Профотека» как разработчика и производителя является обеспечение поддержания точности соотношения емкостей делителя напряжения. Технология изготовления делителей обеспечивает надежную работу в заданном температурном диапазоне и стабильность характеристик, а также при необходимости позволяет обеспечить требуемую компенсацию температурного коэффициента емкости (ТКЕ), что легко обеспечивается в требуемом температурном диапазоне. При использовании резистивных делителей применяются специальные высокостабильные резисторы с очень малым коэффициентом температурной зависимости и высокой повторяемостью.
Работа оптического трансформатора тока основана на бесконтактном методе измерения тока.
Метод использует магнитооптический эффект Фарадея и достаточно подробно описан в различных источниках. Кратко суть метода можно описать так: в отрезок специального магниточувствительного оптоволокна (так называемый hi-bi spun световод) через волоконный аналог четвертьволновой пластинки вводятся две световые волны с ортогональной поляризацией, вследствие чего они приобретают круговую поляризацию противоположного вращения, которую этот тип световода способен сохранять. Вводимые световые волны модулированы по фазе с довольно высокой частотой (40–60 кГц). Если в проводнике, вокруг которого намотан контур из этого световода, тока нет, то эти световые волны распространяются с одинаковой скоростью и на вход схемы измерений приходят с нулевым сдвигом фаз. Если в проводнике появляется ток, а вокруг этого проводника — магнитное поле, то скорость распространения для этих световых волн будет различаться из-за эффекта Фарадея. В результате этого в приемнике у пришедших от чувствительного волокна световых волн возникает относительный фазовый сдвиг, пропорциональный величине магнитного поля вокруг проводника и, соответственно, величине тока в проводнике. Таким образом, задача измерения тока сводится к прецизионному измерению фазового сдвига между световыми волнами.
Метод отражательного волоконного интерферометра — наиболее отработанная и стабильная схема измерений.
Для измерений величин этих фазовых сдвигов «Профотек» в своих оптических трансформаторах тока использует метод отражательного волоконного интерферометра, поскольку это наиболее отработанная и стабильная схема измерений, дающая автоматическую компенсацию большинства внешних воздействий на измерительный тракт. Как было сказано ранее, световые волны модулированы модулятором двулучепреломления, поэтому выходной сигнал интерферометра представляет из себя сумму гармоник частот модуляции, а амплитуды этих гармоник пропорциональны величине протекающего тока. При этом обеспечивается независимость вычисления фазового сдвига от вариаций параметров оптической схемы (мощность света на фотоприемнике, амплитуда модуляции и т. п.). Всё это позволяет обеспечить высокую точность измерений в большом диапазоне изменения значений первичного тока в проводнике.
Производимое АО «Профотек» специальное термостабильное оптическое волокно, используемое в измерительных элементах оптических трансформаторов, обеспечивает высокую стабильность свойств в диапазоне изменения температур до 100ºС (интегральный разброс показаний в этом диапазоне температур составляет около 1%), а это при реальном диапазоне температур от -60 до +60ºС обеспечивает погрешность измерений согласно требованиям к измерительным приборам класса точности 1.
Для обеспечения точности измерений в соответствии с требованиями класса точности измерений 0,2s (расширенный диапазон в области малых погрешностей) в приборах АО «Профотек» применен метод цифровой компенсации температурной погрешности при малых значениях токов. С этой целью программой для расчета тока учитывается температурная зависимость чувствительности. Сигнальный процессор ежесекундно в on-line режиме считывает сигнал, пропорциональный температуре, измеренной оптоволоконным термометром, который расположен рядом с основным чувствительным волокном. На основе считанных сигналов процессор вычисляет значение силы тока в шине с учетом влияния температуры на чувствительный элемент. Надежность вышеописанной компенсации обусловлена тем, что температурная зависимость чувствительности носит фундаментальный физический характер и не может изменяться с течением времени.
Все выпускаемые «Профотеком» измерительные трансформаторы тока проходят тестовую проверку в термокамерах.
Измерения проводятся как отдельно для чувствительных элементов (в диапазоне от -60 или -40 до +60°С), так и для всего электронно-оптического блока (в диапазоне от -10 или +5 до +40°С). Помимо обычных промышленных термокамер для тестирования чувствительных элементов и электронно-оптических блоков, «Профотек» располагает специальной климатической камерой, в которой имеется возможность проводить испытания высоковольтной измерительной колонны с опорным изолятором для классов напряжения до 220 кВ с установленным на ней чувствительным элементом в полном диапазоне температур.
Источник
О компании
Акционерное общество «ПРОФОТЕК» было образовано в декабре 2010 года при участии АО «РОСНАНО». За время своего существования компания прошла большой путь: от формирования команды проекта и создания первых промышленных образцов (2010), запуска опытно-промышленного производства (2011), начала пилотных внедрений (2012) до создания серийного производства (2014), сертификации всей продуктовой линейки (2015) и, наконец, старта коммерческих продаж (с 2016 по сегодняшний день).
Компания «ПРОФОТЕК» — уникальное в российской практике предприятие, которое имеет собственное ноу-хау на производство продукции и технологию производства магнитно-чувствительного оптического волокна, являющееся ключевым элементом выпускаемых продуктов. Специальное оптическое волокно было разработано сотрудниками Фрязинского филиала Института Радиотехники и Электроники РАН, которые впоследствии вошли в команду проекта.
Свою миссию «ПРОФОТЕК» видит в развитии и внедрении цифровых инновационных технологий измерения в России и в мире и создании технологической платформы для построения интеллектуальных сетей.
Цели «ПРОФОТЕК»:
- предоставление решений по цифровым инновационным измерениям, построение интеллектуальных сетей и цифровых подстанций на их основе;
- обретение лидирующих позиций на рынке интеллектуальных решений для электроэнергетики;
- удовлетворение растущего спроса на инновационную продукцию компании в России и за рубежом.
Продукция «ПРОФОТЕК» — это уникальные волоконно-оптические измерительные трансформаторы тока и напряжения, являющиеся не только альтернативой традиционным электромагнитным измерительным трансформаторам, но и возможностью поэтапного перехода к Цифровой подстанции.
Продукция «ПРОФОТЕК» — это полностью цифровая и информационная основа для создания интеллектуальных сетей, которая является единым источником данных для устройств автоматизации, контроля, коммерческого учета и релейной защиты цифровой подстанции, полностью соответствуя стандарту автоматизации IEC 61850 (МЭК).
Область применения продукции «ПРОФОТЕК» — объекты электроэнергетики, среди которых сетевое хозяйство, генерирующие объекты, энергоемкие производства.
Технологии «ПРОФОТЕК» позволяют существенно повысить точность измерений и перейти на качественно новый уровень измерений с применением только цифровой обработки сигнала. Применение оптических технологий для релейных защит и противоаварийной автоматики позволит обеспечить наиболее точную и быструю работу этих систем. Вся продукция компании внесена в Государственный реестр средств измерений и прошла опытные испытания на объектах энергетики и энергоемкого производства.
Компания «ПРОФОТЕК» — это команда высокопрофессиональных специалистов, включая инженеров и ученых. Специалисты компании постоянно повышают свою квалификацию, совершенствуют навыки, активно участвуют во внедрении технологий для Интеллектуальных сетей в России и за рубежом, а также принимают участие в работе международных комиссий и на конференциях.
Административный офис и производство компании «ПРОФОТЕК» расположены в Москве, на территории специализированной площадки для развития высокотехнологичных производств — Технополиса «Москва».
Источник
Энергетика в цифре
В России более 10 000 высоковольтных подстанций и миллионы измерительных трансформаторов, с помощью которых постоянно ведется измерение тока и напряжения. К каждому из них подсоединяется медными проводами большое количество вторичного оборудования — счетчики, релейная защита, приборы контроля качества, противоаварийная автоматика, телеметрия и т. д. — это огромное количество «железа», медной проволоки и тысячи металлических шкафов. В ближайшем будущем все изменится.
В 2018 году ПАО «Россети» приняло концепцию «Цифровая трансформация 2030», четко обозначив движение к цифровой подстанции. Это глобальный тренд: энергетика во всем мире переходит на цифру. Компания «Профотек», в акционерном капитале которой участвует РОСНАНО, сделала ставку на него еще в 2011 году. Сейчас это единственный в России производитель оптических электронных трансформаторов тока и напряжения с собственным ноу-хау. Измерительные трансформаторы — один из ключевых элементов сетевой инфраструктуры, они формируют мгновенные данные измеряемых величин в цифровом формате. Чем точнее измерения, тем меньше потери.
«Профотек» открывает широкие перспективы для цифровизации энергетического комплекса. «Наши оптические технологии — ключ к построению цифровых подстанций. Это источник первичных цифровых измерений, без которых в принципе невозможна цифровизация отрасли», — объясняет Олег Рудаков, генеральный директор компании «Профотек» с 2012 года. В мире на стадию промышленного образца подобные изделия удалось вывести лишь четырем компаниям, включая «Профотек».
Технологии компании были разработаны группой ученых Института радиоэлектроники во Фрязино. Высокопрофессиональная команда, которая ведет разработки, занимается развитием и внедрением продукта, — основное конкурентное преимущество «Профотека». Фрязинский институт радиоэлектроники известен еще и тем, что из его стен выросла глобальная компания IPG Photonics Валентина Гапонцева, мирового лидера лазерной индустрии. «Мы надеемся, что со временем также выйдем на NYSE», — говорит Олег Рудаков.
Оптический трансформатор по масса-габаритным характеристикам в 20 раз меньше в сравнении с традиционными трансформаторами, в которых используется масло или элегаз. Технология «Профотек» позволяет безопасно осуществлять высокоточные измерения на объектах с напряжением от 110 до 1000 кВ, а ее высоковольтная часть, где установлены оптические сенсоры, не требует обслуживания.
Замена традиционного трансформатора на устройство «Профотек» позволяет не только передавать дискретные данные измеренных величин на вторичные устройства в едином цифровом формате, но и существенно снижает затраты на монтаж и пуско-наладку объектов. Создавая оптические каналы передачи информации, можно перейти к функциональной интеграции вторичных устройств, что кратно снижает количество вторичного оборудования. Подстанция становится более компактной и интеллектуальной. «Мы рассматриваем возможность расширения проекта в сторону комплексных решений и инжиниринга. Если рынок измерительных трансформаторов — это несколько миллиардов рублей, то рынок систем комплексной автоматизации в энергетике только в России — порядка 60-70 млрд рублей», — говорит Олег Рудаков.
Для того, чтобы на него выйти, у компании есть все возможности. «Профотек» изначально вел работу по созданию совместных решений с устройствами различных производителей. Через испытательную лабораторию компании прошли практически все известные мировые и отечественные бренды, тестирование на совместимость с производителями вторичного оборудования позволило наладить профессиональные контакты с техническими специалистами, что дало возможность предлагать заказчикам гибкие и эффективные решения. Вся продукция компании соответствуют международным стандартам IEC-61850.
В чем секрет скорого по обычным меркам доведения перспективной научной разработки до промышленного образца? Одно из правил — как можно раньше начинать общаться с заказчиками и слышать их запросы. И второе — привлекать недостающие компетенции с рынка, поскольку у стартапа нет времени наращивать их внутри. «После первых испытаний опытного образца на действующем объекте в 2012 году мы получили требования наших ключевых заказчиков, поняли, что по температурному диапазону нужно расшириться, с точки зрения эксплуатации какие-то элементы доработать», — вспоминает Олег Рудаков. Стала очевидна необходимость в усилении команды «Профотека» профессионалами в сфере метрологии и энергетики. Привлекали специалистов, обладающих авторитетом и стратегическим мышлением, что крайне важно на этапе стартапа для выведения нового продукта на рынок: все существующие технические требования были неприменимы к оптическим трансформаторам и компания совместно с институтами метрологии и техническими специалистами заказчиков активно создавала новые нормативные стандарты. «Правильная пропорция ученых и технических компетенций позволила создать уникальный по функциональным свойствам продукт», — отмечает Рудаков.
В 2016 году компания построила завод, через два года стала резидентом ОЭЗ «Технополис «Москва» и наладила серийное производство. Портфель заказов каждый год удваивается, первую прибыль «Профотек» получил в 2018 году. Оптические трансформаторы были установлены на первой в России цифровой подстанции высокого напряжения «Тобол» (500 кВ, объект «ФСК ЕЭС»), на подстанции «Герцево» (объект «ОЭК»), на объектах ПАО «Транснефть» в Брянской и Тюменской областях, в Казахстане. Экспортные поставки на сегодня составляют 20% от общего объема выручки компании. «Так как это были пилотные проекты, в ближайшие годы мы прогнозируем рост выручки только от экспорта еще на 200%, — поясняет генеральный директор «Профотек». — Компания ведет активное развитие в области комплексных решений: на стадии разработки совместный проект с компанией ABB; в Швейцарии идет пилотный проект с компанией Siemens; в следующем году планируется локализация нашего производства для европейского рынка на заводе Condis в Швейцарии».
С командой Condis, выпускающей качественные емкостные делители, Олег Рудаков познакомился на международной выставке СIGRE в 2014 году. «Профотек» предложил создать совместный продукт — комбинированный цифровой трансформатор тока и напряжения. Совместно с Condis «Профотек» успешно прошел жесткие квалификационные испытания в реальных условиях, которые проводила с 2017 года канадская компания Hydro-Québec (крупнейший производитель гидроэлектроэнергии в мире), все иностранные конкуренты на втором этапе сошли с дистанции. За два года география международных поставок оборудования расширилась на Францию, Италию, Финляндию, Нидерланды и Канаду. С 2020 года компания планирует выходить на рынки Юго-Восточной Азии.
«На примере продукции «Профотек» мы видим, как можно вызвать интерес у крупных потребителей к цифровым решениям в энергетике. Это подтверждает мировой тренд на переход к интеллектуальным сетям. При поддержке РОСНАНО «Профотек» смог довести уникальную научную разработку до серийного решения, востребованного в энергосистемах России и за рубежом. Причем мировые конкуренты потратили сотни миллионов долларов на аналогичные разработки, но лишь немногие смогли довести ее до промышленного производства. Сегодня компания удваивает выручку от года к году и имеет большие перспективы спроса, ведь только проект цифровизации российского электросетевого комплекса оценивается в 1,3 трлн рублей», — отмечает Дмитрий Пимкин, заместитель председателя правления и руководитель инвестиционного дивизиона УК «РОСНАНО».
Сегодня компания готова к новому этапу развития. Уже в 2020 году РОСНАНО планирует привлечь к участию в проекте стратегического инвестора.
Источник
