王騰龍，李鐵民，徐 洋，叢樹安

(中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021)

相對于交流輸電系統(tǒng)聯(lián)結(jié)方式靈活、多樣的特點，世界上已運行的直流系統(tǒng)仍以兩端直流輸電系統(tǒng)為主，其中一個非常重要的原因是缺乏更加高效的高壓直流斷路器及其保護方案[1-3]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，柔性多端直流輸電系統(tǒng)必然成為發(fā)展趨勢，例如，近兩年建成的舟山五端柔性直流輸電(以下簡稱柔直)、南澳多端柔直，以及正在建的張北多端柔直、烏東德多端柔直。直流斷路器在直流輸電系統(tǒng)中具有控制和保護雙重作用，而光學(xué)電流互感器(OCT)就是監(jiān)測直流斷路器內(nèi)通過電流而作為保護直流斷路器的重要判據(jù)之一。基于此，本文論述了±800 kV換流站直流斷路器內(nèi)置OCT的方案。

1 直流斷路器的構(gòu)成與開斷過程

1.1 直流斷路器的構(gòu)成

直流斷路器主要包括3部分[4-5](見圖1)。

圖1 直流斷路器結(jié)構(gòu)示意圖

a.開斷裝置(Q1)：由交流斷路器改造而成，有少油型、SF6型。

b.振蕩回路：利用LC振蕩回路，形成電流過零點。

c.耗能元件(F1)：用于吸收直流回路中儲存的能量，通常采用金屬氧化物避雷器(MOA)。

1.2 直流斷路器的開斷過程

直流斷路器的開斷可以分為3個階段。

a.強迫電流過零階段。仿照交流斷路器利用交流電流的過零點開斷交流電流，直流斷路器利用振蕩回路，使電流產(chǎn)生振動，進而創(chuàng)造電流過零點，在此階段應(yīng)至少產(chǎn)生一個過零點。

b.介質(zhì)恢復(fù)階段。斷路器滅弧介質(zhì)的恢復(fù)速度必須要高于滅弧觸頭間恢復(fù)電壓的上升速度，即觸頭間的耐壓要快于恢復(fù)電壓，達到F1的持續(xù)最大運行電壓，當(dāng)恢復(fù)電壓達到F1的持續(xù)最大運行電壓時，F(xiàn)1導(dǎo)通。

c.能量吸收階段。要求耗能裝置F1的放電負荷能力應(yīng)大于直流系統(tǒng)中殘存的能量，并且要求至少有二次滅弧耗能。

2 光學(xué)電流互感器配置

2.1 光學(xué)電流互感器原理

直流光學(xué)電流互感器工作原理主要基于法拉第電磁感應(yīng)原理[6-8]。線偏振光通過處于磁場中的光纖或磁光玻璃(中間介質(zhì)-法拉第材料)后，偏振光的偏振方向?qū)l(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，稱為法拉第旋轉(zhuǎn)角φ(法拉第旋光效應(yīng))，旋轉(zhuǎn)角φ的大小與磁感應(yīng)強度平行分量B的大小成正比，同時由于磁感應(yīng)強度B與產(chǎn)生磁場的電流也成正比，所以旋轉(zhuǎn)角φ與產(chǎn)生磁場的電流成正比。

為減少振動與外界溫度等干擾因素對OCT測量精度的影響，準確測量設(shè)備一次側(cè)電流值，OCT采用光纖作為中間介質(zhì)-法拉第材料，并通過反射式光纖薩格納克干涉技術(shù)進行測量光信號法拉第旋轉(zhuǎn)角φ，采集單元在分析測量光信號法拉第旋轉(zhuǎn)角φ的基礎(chǔ)上，進行得到準確的電流測量值。

2.2 光學(xué)電流互感器配置方案

以送端換流站為例，在送端換流站工程中直流斷路器包括中性母線高速開關(guān)(NBS)、中性線高速接地開關(guān)(NBGS)、大地回路轉(zhuǎn)換開關(guān)(GRTS)、金屬回路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MRTB)，每臺直流斷路器內(nèi)Q1主回路處設(shè)置1臺OCT(見圖2)。

圖2 直流斷路器內(nèi)置OCT方案

為配合換流站直流保護系統(tǒng)的三重化，同時考慮冗余1套備用，每臺OCT共配置4個光纖傳感環(huán)及4個采集單元(含1個熱備用傳感環(huán)及1個熱備用采集單元)，采集單元置于就地采集單元柜中，每個采集單元可輸出2路光信號，分別送至2臺合并單元(見圖3),其中DMU為合并單元模塊。

圖3 OCT配置方案

OCT接至就地采集單元柜后，分別經(jīng)光纜引接至直流斷路器OCT測量接口屏(DMU1A、DMU1B、DMU1C、DMU2A、DMU2B、DMU2C)中。從目前的特高壓換流站新建工程看，直流控制保護系統(tǒng)提供的極測量接口屏和閥組測量接口屏可能沒有用于接收直流斷路器OCT測量接口屏信息的備用光纖接口，在工程上可按以下方案解決：將直流斷路器OCT測量接口屏級聯(lián)至零磁通測量接口屏，通過零磁通測量接口屏轉(zhuǎn)發(fā)OCT的信息。隨著技術(shù)的發(fā)展，后續(xù)的直流換流站新建工程中，建議直接將直流斷路器OCT測量接口屏通過尾纜接至極測量接口屏和閥組測量接口屏，不通過其他屏轉(zhuǎn)接，減少中間環(huán)節(jié)。

2.3 OCT應(yīng)用注意事項

a.合并單元中所用光纖光纜均是特殊光纖，不要拉拽這些光纖光纜，避免其承受過大的拉力或壓力。這些光纖光纜一旦受損，電流互感器設(shè)備即被損壞。

b.OCT結(jié)構(gòu)件安裝到位后不要隨意拆卸或改變，否則可能導(dǎo)致其設(shè)備損壞。

c.處理與OCT二次采集單元或合并單元等裝置連接的通信光纖時，避免其彎折或彎曲半徑過小，避免受過大的外力。

3 結(jié)論及建議

本文闡述了直流斷路器原理及OCT原理，重點論述了OCT在換流站中的應(yīng)用配置及相應(yīng)的注意事項。隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)直流控保系統(tǒng)也日臻完善，在后續(xù)的直流換流站工程中，建議直接將直流斷路器OCT測量接口屏通過尾纜接至極測量接口屏和閥組測量接口屏，不通過其他屏轉(zhuǎn)接信息，減少中間環(huán)節(jié)。