趙曉明，華 文，吳 俊，柯人觀

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

光電流互感器在舟山多端柔性直流輸電工程中的應(yīng)用問(wèn)題分析

趙曉明，華 文，吳 俊，柯人觀

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

介紹了舟山±200 kV多端柔性直流輸電工程換流站光TA（電流互感器）配置和應(yīng)用情況。通過(guò)對(duì)換流站內(nèi)不控充電啟動(dòng)試驗(yàn)的波形分析，找出了光TA電流異常原因，給出了整改方案。進(jìn)行了一次注流試驗(yàn)驗(yàn)證并最終通過(guò)站系統(tǒng)的OLT試驗(yàn)和STATCOM試驗(yàn)驗(yàn)證了方案的正確性。指出在柔性直流輸電工程中對(duì)于光TA的測(cè)試，除了傳統(tǒng)的精度試驗(yàn)外，必須增加有針對(duì)性的一次注流試驗(yàn)。

多端柔性直流輸電；光電流互感器；OLT試驗(yàn)；STATCOM試驗(yàn)

舟山±200 kV多端柔性直流輸電工程是我國(guó)也是世界第一個(gè)五端柔性直流輸電工程，各換流站分別位于舟山本島、岱山島、衢山島、泗礁島及洋山島，直流電壓等級(jí)為±200 kV。

由于柔性直流輸電的特殊性，在換流閥的6個(gè)橋臂中既有交流電流（額定電流280 A），也有直流電流（250 A），所以不能采用傳統(tǒng)的電磁式電流互感器進(jìn)行電流采樣，必須采用可以正確傳變直流的電子式或光學(xué)式電流互感器。在換流器閥側(cè)、換流器6個(gè)橋臂、聯(lián)接變壓器中性點(diǎn)，正負(fù)直流極線處均配置有光學(xué)式電流互感器（簡(jiǎn)稱光TA）。各個(gè)光TA的主要作用：閥側(cè)光TA用于PCP（保護(hù)控制屏），交流連接線保護(hù)、橋臂電抗器差動(dòng)保護(hù)；橋臂光TA用于閥控（VBC）控制，MMC（模塊化多電平換流器）子模塊均壓策略，MMC子模塊充電判別，VBC保護(hù)，橋臂電抗器差動(dòng)保護(hù)；極線光TA用于直流線路保護(hù)；聯(lián)接變中性點(diǎn)光TA用于交流連接線差動(dòng)保護(hù)和聯(lián)接變零序過(guò)流保護(hù)等。

1 STATCOM方式下不控充電電流輸出異?，F(xiàn)象分析

在舟泗站STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）方式下?lián)Q流器不控充電試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)多個(gè)光TA測(cè)量數(shù)值有異常。圖1為換流器不控充電時(shí)的電流波形。

圖1中iA，iB，iC為聯(lián)接變閥側(cè)TA（傳統(tǒng)電磁式TA）三相電流，ia，ib，ic為交流連接線光TA三相電流，可以看出在不控充電時(shí)，聯(lián)接變閥側(cè)TA一直有電流輸出，而交流連接線光TA在不控充電的初期無(wú)電流輸出，僅在400 ms后有微小電流輸出。根據(jù)換流站的一次接線形式，流過(guò)聯(lián)接變閥側(cè)TA和流過(guò)交流連接線光TA的一次電流應(yīng)該是一致的，但是錄波圖中顯示電流采樣不一致，同樣發(fā)現(xiàn)上下橋臂電流光TA也有類似現(xiàn)象。

網(wǎng)側(cè)定功率控制需要交流連接線光TA，同時(shí)MMC子模塊均壓策略、充電判別也需要橋臂光TA。OLT（空載加壓試驗(yàn)）和零功率下STATCOM試驗(yàn)，都會(huì)運(yùn)行在小功率的工況下，換流閥解鎖達(dá)到穩(wěn)態(tài)后電流很小，只有幾個(gè)安培，如果此時(shí)光TA不能對(duì)小電流正確傳變，必然要影響到定功率控制策略和MMC子模塊均壓及充電判別。

圖1 換流器不控充電時(shí)光TA與傳統(tǒng)TA波形

2 光TA一次注流試驗(yàn)驗(yàn)證

發(fā)現(xiàn)光TA異常后，立即停止試驗(yàn)。決定現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行光TA一次電流注入試驗(yàn)，尋找采樣異常原因和復(fù)現(xiàn)。試驗(yàn)共進(jìn)行了6項(xiàng)，試驗(yàn)波形見(jiàn)圖2（a）—（f）。

（1）試驗(yàn)1波形見(jiàn)圖2（a），加5 A交流階躍電流，錄波圖中顯示電流初期電流基本為零，后期有小電流，這與實(shí)際換流閥不控充電光TA電流波形一致。

（2）試驗(yàn)2波形見(jiàn)圖2（b），加20 A交流階躍電流，前3個(gè)周波電流過(guò)零時(shí)電流發(fā)生嚴(yán)重畸變。

（3）試驗(yàn)3波形見(jiàn)圖2（c），加5 A交流穩(wěn)態(tài)電流，電流緩慢升高，需要經(jīng)過(guò)4 s才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

（4）試驗(yàn)4波形見(jiàn)圖2（d），加5 A，10 A，20 A交流階躍電流，各階段持續(xù)500 ms，波形僅顯示20 A的電流。

（5）試驗(yàn)5波形見(jiàn)圖2（e），加5，10，20，0，5，10，20 A階躍電流，除0電流時(shí)間段，其余每段電流持續(xù)時(shí)間500 ms，0電流時(shí)間段持續(xù)時(shí)間1 s。波形顯示，第1次階躍5 A時(shí)，前100 ms顯示為0 A，10 A返回時(shí)有700 ms噪聲，后300 ms噪聲被抑制。第2次階躍5 A時(shí)，前100 ms顯示為0 A，10 A返回時(shí)有700 ms噪聲，后300 ms噪聲被抑制。

（6）試驗(yàn)6波形見(jiàn)圖2（f），加-5 A直流疊加10 A交流，波形顯示電流波形出現(xiàn)明顯畸變，波形有缺口，直流偏置則顯示正確。

通過(guò)上述試驗(yàn)表明，光TA對(duì)交直流電流的傳變的確存在問(wèn)題。后經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)光TA電子單元程序中廠家投入了“零漂抑制”功能，此功能雖可以抑制零漂，但是明顯使傳變失真，小電流初期被濾掉，需要一定時(shí)間才可達(dá)到穩(wěn)態(tài)，大電流的動(dòng)態(tài)性能則變得很差。

圖2 光TA一次注流試驗(yàn)波形

3 光TA整改后重新驗(yàn)證

要求廠家退出光TA“零漂抑制”功能，重新試驗(yàn)，施加穩(wěn)態(tài)2 A交流電流，試驗(yàn)結(jié)果表明，光TA噪聲很大，峰值為20 A，2 A的基波小電流被噪聲完全淹沒(méi)，見(jiàn)圖3。所以僅僅退出“零漂抑制”功能不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，必須重新考慮整改方案。

圖3 退出零漂抑制加穩(wěn)態(tài)2 A交流電流試驗(yàn)

3.1 整改方案1

光TA采用基波濾波方式，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

（1）試驗(yàn)1波形見(jiàn)圖4（a），施加5 A直流電流，結(jié)果顯示直流電流無(wú)法檢測(cè)到。

（2）試驗(yàn)2波形見(jiàn)圖4（b），施加10 A交流并疊加5 A直流，結(jié)果只顯示交流分量，直流電流無(wú)法檢測(cè)到。

（3）試驗(yàn)3波形見(jiàn)圖4（c），施加10 A基波疊加5 A二次諧波電流，試驗(yàn)結(jié)果表明，諧波電流幅值被衰減，5 A的二次諧波實(shí)際顯示僅1.644 A。

上述試驗(yàn)表明整改方案1不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

3.2 整改方案2

光TA采用500 Hz低通濾波器，并再次進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

（1）試驗(yàn)1波形見(jiàn)圖5（a），加20 A，10 A，5 A交流各2 s階躍電流。測(cè)試結(jié)果顯示，電流持續(xù)時(shí)間均為2 s，電流波形無(wú)畸變。

（2）試驗(yàn)2波形見(jiàn)圖5（b），加3 A穩(wěn)態(tài)交流電流，結(jié)果顯示較為明顯的正弦波，交流小電流分辨率滿足要求。

（3）試驗(yàn)3波形見(jiàn)圖5（c），5 A直流疊加10 A交流，測(cè)試結(jié)果顯示，基波電流與直流電流都存在。

（4）試驗(yàn)4波形見(jiàn)圖5（d），10 A基波疊加5 A二次諧波電流，基波和二次諧波電流均顯示正確。

（5）試驗(yàn)5波形見(jiàn)圖5（e）所示，為直流電流階躍試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果顯示，光TA能夠顯示直流電流，幅值基本正確，階躍響應(yīng)時(shí)間為1.2 ms。

（6）試驗(yàn)6波形見(jiàn)圖5（f），試驗(yàn)測(cè)得光TA產(chǎn)生的背景噪聲峰值約為3.6 A，基本滿足控制保護(hù)裝置對(duì)噪聲干擾水平的要求。

（7）試驗(yàn)7波形見(jiàn)圖5（g），為光TA采樣延時(shí)測(cè)試，經(jīng)計(jì)算延時(shí)為755 μs，基本滿足要求。

上述試驗(yàn)表明整改方案2基本滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

4 站系統(tǒng)啟動(dòng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)

在光TA采用整改方案2的濾波程序后，進(jìn)行了舟泗站的站系統(tǒng)啟動(dòng)試驗(yàn)。圖6為站系統(tǒng)啟動(dòng)試驗(yàn)實(shí)際試驗(yàn)波形。

試驗(yàn)1：自動(dòng)OLT試驗(yàn)，圖6（a）顯示自動(dòng)OLT試驗(yàn)中直流電壓波形平滑，表明光TA不影響OLT零功率控制。

試驗(yàn)2：STATCOM方式下15 Mvar無(wú)功穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)，圖6（b）顯示無(wú)功功率平滑，表明光TA不影響STATCOM運(yùn)行方式。

試驗(yàn) 3：STATCOM方式下功率階躍試驗(yàn)（10-0-10 Mvar階躍試驗(yàn)），圖6（c）顯示無(wú)功功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)滿足要求，表明光TA不影響對(duì)STATCOM運(yùn)行方式下功率階躍。

圖4 光TA采用基波濾波方式

圖5 光TA采用500 Hz低通濾波器

圖6 站系統(tǒng)啟動(dòng)試驗(yàn)波形

綜合上述TA一次注流試驗(yàn)和泗礁站站系統(tǒng)啟動(dòng)試驗(yàn)，表明光TA在增加500 Hz低通濾波器后，滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)大量測(cè)試實(shí)例，給出了光TA小電流響應(yīng)問(wèn)題的解決方案。在柔性直流輸電工程中，光TA的測(cè)試除了傳統(tǒng)的精度試驗(yàn)外，宜增加以下試驗(yàn)項(xiàng)目：

（1）小電流精度試驗(yàn)，對(duì)于換流器零功率解鎖至關(guān)重要。

（2）直流電流試驗(yàn)，驗(yàn)證光TA對(duì)直流分量的傳變特性。

（3）直流試驗(yàn)+交流試驗(yàn)，驗(yàn)證橋臂電流光TA對(duì)交直流分量的傳變特性。

（4）直流動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證光TA對(duì)直流分量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

（5）交流動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證光TA對(duì)交流分量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

（6）交直流動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證光TA對(duì)交直流流分量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

（7）基波+二次諧波試驗(yàn)，驗(yàn)證光TA對(duì)二次諧波分量的傳變特性，用于橋臂電流環(huán)流抑制。

（8）采樣延時(shí)試驗(yàn)，用于補(bǔ)償交流連接線差動(dòng)電流以及控制系統(tǒng)參考波的修正。

[1]張桂斌，徐政，王廣柱．基于VSC的直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)建模及其非線性控制[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22（1）∶17-22．

[2]徐政，陳海榮．電壓源換流器型直流輸電技術(shù)綜述[J]．高電壓技術(shù)，2007，33（1）∶1-10．

[3]李庚銀，呂鵬飛，李廣凱，等．輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展和展望[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（4）∶1-5．

[4]趙滿江，李仰屏．保護(hù)用電流互感器飽和特性及其誤差曲線研究[J]．高壓電器，2010，46（12）∶29-31．

[5]袁季修，盛和樂(lè)，吳聚業(yè)．保護(hù)用電流互感器應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003．

（本文編輯：楊 勇）

Analysis on the Application of Optical Current Transformer in Zhoushan Multi-Terminal Flexible DC Transmission Project

ZHAO Xiaoming，HUA Wen，WU Jun，KE Renguan
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces configuration and application of optical TA（current transformer）in converter station of Zhoushan±200 kV multi-terminal flexible DC （direct current）transmission project.By waveform analysis of the non-controlled charging and startup test，the reason of abnormal TA current is detected and the rectification scheme is presented.A current injection test is conducted for verification，and the effectiveness of the scheme is verified by OLT（open line test）test and STATCOM （static synchronous compensator）test substation system.The paper indicates that t in addition to traditional precision test there must be an additional current injection test for optical TA test.

multi-terminal flexible DC transmission；optical current transformer；OLT test；STATCOM test

TM866

B

1007-1881（2015）07-0023-03

2015-02-16

趙曉明（1976），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)及控制。