劉志英,刁冠勛,周徐達
(上海市電力公司檢修公司運維中心,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換為電子式儀表或微機測控保護設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、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。
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接地方式,可實現(xiàn)雙極、單極大地回線運行、單極金屬回線運行等多種運行方式,具有運行靈活和可靠性高等特點。光TA每一極配置4臺,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。
1)有源型光TA測量系統(tǒng)結構 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)、遠程模塊(包括高壓側信號處理和光供電)、傳輸系統(tǒng)(包括復合絕緣子與光纖傳輸)、低壓端的信號處理組成。光TA測量系統(tǒng)的結構如圖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經(jīng)過放大、低通濾波和抗混疊濾波、A/D轉換、光電轉換成數(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裝置。
圖1 光TA測量系統(tǒng)結構
Rogowski線圈用于測量和監(jiān)測直流線路電流的諧波分量。Rogowski線圈感應出正比于諧波電流的微分電壓信號,經(jīng)過積分電路、放大器、電光轉換器的處理,由光纖傳送至直流控制保護室的直流測量屏合并單元(MU),再經(jīng)過光電轉換、放大器、低通濾波器的處理,供給諧波監(jiān)視裝置。
高壓側電子電路(遠程模塊)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)部的遠程模塊供電,激光波長為810 nm,激光最大功率為700 mW。
1)直流線路 光TA高壓側輸出回路如圖2所示。遠程模塊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。遠程模塊RM5的輸出是經(jīng)過Rogowski線圈采集的諧波電流量。每個通道有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高壓側輸出回路的遠程模塊,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高壓側輸出回路
3)直流濾波器 光TA高壓側輸出回路的遠程模塊,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。
以極I為例,光TA二次側直流電流測量屏配置為DMI11、DMI12、DMI13,實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的冗余,為保護裝置提供可靠的數(shù)據(jù)。DMI1測量屏配置3塊SG102板卡及1臺DCC800主處理主機A;DMI12測量屏配置3塊SG102板卡及1臺DCC800主處理主機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DCC800主處理主機C、D。1塊SG102板最多連接2個光TA遠程模塊。
2011年10月13日,楓涇站極I直流保護B系統(tǒng)發(fā)“換流器差動保護跳閘、極母線差動保護”告警,2 s后復歸?,F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn):①直流保護B系統(tǒng)已經(jīng)無故障告警,直流保護A、直流保護C系統(tǒng)運行正常;②光TA測量接口屏運行正常;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)設備、極母線高壓側光TA、戶外極母線設備均運行正常。
是什么原因導致直流保護B系統(tǒng)誤動呢?經(jīng)過對閥廳高壓側IDP的測量系統(tǒng)進行排查,誤動的原因主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
1)輸出電壓幅值小 光TA的分流器將直流大電流轉換為小的正比于直流電流的電壓信號輸出至相應的控制保護設備,由于電壓信號幅值過?。?~1.667 V),很容易受到干擾,尤其是該信號需要通過普通二次電纜進行較遠距離的傳輸,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,很容易造成瞬時的測量數(shù)據(jù)異常。
2)輸出信號內(nèi)阻較大 DCC800主機的輸出模擬信號內(nèi)阻較大,相關廠家無法提供該輸出電壓信號的內(nèi)阻值,這也進一步加劇了輸出信號遭到干擾的可能。
3)信號電纜采用兩點接地 2010年版的電力系統(tǒng)繼電保護規(guī)程規(guī)定,弱電模擬量輸出回路的屏蔽電纜應采用一點接地。一點接地,可有效防止兩個接地點之間的干擾電位差,對內(nèi)部信號傳輸回路形成干擾。然而,楓涇站直流電流測量屏輸出至保護裝置的模擬量傳輸電纜屏蔽層卻按兩點接地設計,在直流電流測量屏和直流保護屏內(nèi)均接地,一旦發(fā)生接地故障或地電位變化,兩點接地會存在電位差,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,增大了干擾概率,也增加了保護裝置誤動的可能性。
為了避免缺陷引發(fā)更嚴重的事故,在以下三方面進行了整改:一是,將測量屏輸出的電壓信號轉換為110 V左右的強電模擬量信號,避免測量值受到干擾;二是,直流電流測量屏輸出至保護裝置的電纜采取一點接地,一旦存在接地電流,電纜和大地之間沒有電流的通路,就不會對傳送的測量信號造成干擾,同時也提高了測量電流的可靠性,降低了保護裝置誤動的概率。三是,在相關TA測量單元的模擬信號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在傳輸過程中遭受干擾。
建議相關設計、基建單位應對此類特殊模擬量傳輸回路的傳輸介質進行更嚴密的設計論證,包括電纜的阻抗、波阻抗、屏蔽層結構;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,進一步防止電子式直流流變的輸出信號遭到干擾。