楓涇換流站換流器差動(dòng)保護(hù)跳閘分析與對策

劉志英，刁冠勛，周徐達(dá)

（上海市電力公司檢修公司運(yùn)維中心，上海 200063）

高壓直流輸電系統(tǒng)中，光電流互感器（TA）是將一次直流大電流轉(zhuǎn)換為電子式儀表或微機(jī)測控保護(hù)設(shè)備可用的二次小電壓的測量裝置。光TA分為有源型和無源型兩種，±500 k V楓涇換流站（以下簡稱楓涇站）采用有源型光TA。光TA較傳統(tǒng)的電磁式TA，不含鐵心，沒有磁滯現(xiàn)象、頻響范圍寬、測量范圍大、線性好，具有精度高、絕緣要求低、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 光TA的配置

楓涇站是三滬Ⅱ回±500 k V林楓直流輸電系統(tǒng)的受端換流站，即逆變站；最大輸送容量為雙極3 000 MW。直流場主接線采用雙極兩端中性點(diǎn)接地方式，可實(shí)現(xiàn)雙極、單極大地回線運(yùn)行、單極金屬回線運(yùn)行等多種運(yùn)行方式，具有運(yùn)行靈活和可靠性高等特點(diǎn)。光TA每一極配置4臺(tái)，分別裝于直流線路端、直流母線換流器出線端以及兩組直流濾波器高壓端各配置1臺(tái)。

2 光TA的結(jié)構(gòu)與功能

1）有源型光TA測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由傳感頭（包括測量直流電流的分流器和測量紋波的Rogowski線圈）、遠(yuǎn)程模塊（包括高壓側(cè)信號(hào)處理和光供電）、傳輸系統(tǒng)（包括復(fù)合絕緣子與光纖傳輸）、低壓端的信號(hào)處理組成。光TA測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2）有源型光TA測量系統(tǒng)的功能 直流分流器由電阻組成，用于測量大直流電流，串聯(lián)于被測直流線路上，從被測主回路取出正比于被測直流電流的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過放大、低通濾波和抗混疊濾波、A／D轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)脈沖，通過光纖送到直流測量屏的SG102板，通過DCC800主機(jī)中處理芯片的處理及分配，將測量的直流電流值供給直流保護(hù)裝置。

圖1 光TA測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Rogowski線圈用于測量和監(jiān)測直流線路電流的諧波分量。Rogowski線圈感應(yīng)出正比于諧波電流的微分電壓信號(hào)，經(jīng)過積分電路、放大器、電光轉(zhuǎn)換器的處理，由光纖傳送至直流控制保護(hù)室的直流測量屏合并單元（MU），再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、放大器、低通濾波器的處理，供給諧波監(jiān)視裝置。

高壓側(cè)電子電路（遠(yuǎn)程模塊）的電源，由直流測量屏SG102板發(fā)出激光功率，通過光功率光纖給光TA內(nèi)部的遠(yuǎn)程模塊供電，激光波長為810 nm，激光最大功率為700 mW。

3 光TA高壓側(cè)輸出回路

1）直流線路 光TA高壓側(cè)輸出回路如圖2所示。遠(yuǎn)程模塊RM1至RM4輸出的數(shù)據(jù)即為通過分流電阻采集的直流電流量。遠(yuǎn)程模塊RM5的輸出是經(jīng)過Rogowski線圈采集的諧波電流量。每個(gè)通道有2根光纖，1根用于發(fā)射光功率，1根用于采集光TA遠(yuǎn)程模塊的電流量。RM1輸出數(shù)據(jù)至DMI11直流電流測量屏，RM2輸出數(shù)據(jù)至DMI12直流電流測量屏，RM3、RM4、RM5輸出數(shù)據(jù)至DMI13直流電流測量屏。

2）閥廳內(nèi)高壓極線 光TA高壓側(cè)輸出回路的遠(yuǎn)程模塊，RM1輸出數(shù)據(jù)至DMI11直流電流測量屏，RM2輸出數(shù)據(jù)至DMI12直流電流測量屏，RM3和RM4輸出數(shù)據(jù)至DMI13直流電流測量屏。

圖2 直流線路光TA高壓側(cè)輸出回路

3）直流濾波器 光TA高壓側(cè)輸出回路的遠(yuǎn)程模塊，RM1輸出數(shù)據(jù)至DMI11直流電流測量屏，RM2輸出數(shù)據(jù)至DMI12直流電流測量屏，RM3和RM4輸出數(shù)據(jù)至DMI13直流電流測量屏。

4 光TA測量數(shù)據(jù)通道分配

以極I為例，光TA二次側(cè)直流電流測量屏配置為DMI11、DMI12、DMI13，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的冗余，為保護(hù)裝置提供可靠的數(shù)據(jù)。DMI1測量屏配置3塊SG102板卡及1臺(tái)DCC800主處理主機(jī)A；DMI12測量屏配置3塊SG102板卡及1臺(tái)DCC800主處理主機(jī)B；測量接口屏及通道分配如圖3所示。

圖3 直流電流測量接口屏回路

DMI13測量屏配置7塊SG102板卡及2臺(tái)DCC800主處理主機(jī)C、D。1塊SG102板最多連接2個(gè)光TA遠(yuǎn)程模塊。

5 光TA異常案例分析

5.1 異常分析

2011年10月13日，楓涇站極I直流保護(hù)B系統(tǒng)發(fā)“換流器差動(dòng)保護(hù)跳閘、極母線差動(dòng)保護(hù)”告警，2 s后復(fù)歸?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：①直流保護(hù)B系統(tǒng)已經(jīng)無故障告警，直流保護(hù)A、直流保護(hù)C系統(tǒng)運(yùn)行正常；②光TA測量接口屏運(yùn)行正常；③現(xiàn)場調(diào)取直流極I故障錄波圖，直流極母線電流（IDP）平穩(wěn)未見異常；④現(xiàn)場檢查閥廳內(nèi)設(shè)備、極母線高壓側(cè)光TA、戶外極母線設(shè)備均運(yùn)行正常。

是什么原因?qū)е轮绷鞅Ｗo(hù)B系統(tǒng)誤動(dòng)呢？經(jīng)過對閥廳高壓側(cè)IDP的測量系統(tǒng)進(jìn)行排查，誤動(dòng)的原因主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）輸出電壓幅值小 光TA的分流器將直流大電流轉(zhuǎn)換為小的正比于直流電流的電壓信號(hào)輸出至相應(yīng)的控制保護(hù)設(shè)備，由于電壓信號(hào)幅值過?。?～1.667 V），很容易受到干擾，尤其是該信號(hào)需要通過普通二次電纜進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的傳輸，其傳輸損耗也很大，一旦遭到同根電纜中的其他回路的干擾或端子排絕緣不良等異常時(shí)，很容易造成瞬時(shí)的測量數(shù)據(jù)異常。

2）輸出信號(hào)內(nèi)阻較大 DCC800主機(jī)的輸出模擬信號(hào)內(nèi)阻較大，相關(guān)廠家無法提供該輸出電壓信號(hào)的內(nèi)阻值，這也進(jìn)一步加劇了輸出信號(hào)遭到干擾的可能。

3）信號(hào)電纜采用兩點(diǎn)接地 2010年版的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)程規(guī)定，弱電模擬量輸出回路的屏蔽電纜應(yīng)采用一點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地，可有效防止兩個(gè)接地點(diǎn)之間的干擾電位差，對內(nèi)部信號(hào)傳輸回路形成干擾。然而，楓涇站直流電流測量屏輸出至保護(hù)裝置的模擬量傳輸電纜屏蔽層卻按兩點(diǎn)接地設(shè)計(jì)，在直流電流測量屏和直流保護(hù)屏內(nèi)均接地，一旦發(fā)生接地故障或地電位變化，兩點(diǎn)接地會(huì)存在電位差，在電纜屏蔽層中流過干擾電流，這對傳送電壓量幅值過小的信號(hào)，增大了干擾概率，也增加了保護(hù)裝置誤動(dòng)的可能性。

5.2 改進(jìn)措施

為了避免缺陷引發(fā)更嚴(yán)重的事故，在以下三方面進(jìn)行了整改：一是，將測量屏輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為110 V左右的強(qiáng)電模擬量信號(hào)，避免測量值受到干擾；二是，直流電流測量屏輸出至保護(hù)裝置的電纜采取一點(diǎn)接地，一旦存在接地電流，電纜和大地之間沒有電流的通路，就不會(huì)對傳送的測量信號(hào)造成干擾，同時(shí)也提高了測量電流的可靠性，降低了保護(hù)裝置誤動(dòng)的概率。三是，在相關(guān)TA測量單元的模擬信號(hào)輸出端增加放大單元，提高模擬量輸出電壓等級并減小內(nèi)阻，防止過于微弱的信號(hào)在傳輸過程中遭受干擾。

6 結(jié)語

建議相關(guān)設(shè)計(jì)、基建單位應(yīng)對此類特殊模擬量傳輸回路的傳輸介質(zhì)進(jìn)行更嚴(yán)密的設(shè)計(jì)論證，包括電纜的阻抗、波阻抗、屏蔽層結(jié)構(gòu)；是否能與其他數(shù)字量傳輸回路共用以及屏蔽層的接地問題，進(jìn)一步防止電子式直流流變的輸出信號(hào)遭到干擾。