枫泾换流站换流器差动保护跳闸分析与对策

2012-04-12刘志英刁冠勋周徐达

电力与能源 2012年4期

刘志英，刁冠勋，周徐达

（上海市电力公司检修公司运维中心，上海 200063）

高压直流输电系统中，光电流互感器（TA）是将一次直流大电流转换为电子式仪表或微机测控保护设备可用的二次小电压的测量装置。光TA分为有源型和无源型两种，±500 k V枫泾换流站（以下简称枫泾站）采用有源型光TA。光TA较传统的电磁式TA，不含铁心，没有磁滞现象、频响范围宽、测量范围大、线性好，具有精度高、绝缘要求低、抗电磁干扰能力强等优点。

1 光TA的配置

枫泾站是三沪Ⅱ回±500 k V林枫直流输电系统的受端换流站，即逆变站；最大输送容量为双极3 000 MW。直流场主接线采用双极两端中性点接地方式，可实现双极、单极大地回线运行、单极金属回线运行等多种运行方式，具有运行灵活和可靠性高等特点。光TA每一极配置4台，分别装于直流线路端、直流母线换流器出线端以及两组直流滤波器高压端各配置1台。

2 光TA的结构与功能

1）有源型光TA测量系统结构由传感头（包括测量直流电流的分流器和测量纹波的Rogowski线圈）、远程模块（包括高压侧信号处理和光供电）、传输系统（包括复合绝缘子与光纤传输）、低压端的信号处理组成。光TA测量系统的结构如图1所示。

2）有源型光TA测量系统的功能直流分流器由电阻组成，用于测量大直流电流，串联于被测直流线路上，从被测主回路取出正比于被测直流电流的模拟电压信号经过放大、低通滤波和抗混叠滤波、A／D转换、光电转换成数据脉冲，通过光纤送到直流测量屏的SG102板，通过DCC800主机中处理芯片的处理及分配，将测量的直流电流值供给直流保护装置。

图1 光TA测量系统结构

Rogowski线圈用于测量和监测直流线路电流的谐波分量。Rogowski线圈感应出正比于谐波电流的微分电压信号，经过积分电路、放大器、电光转换器的处理，由光纤传送至直流控制保护室的直流测量屏合并单元（MU），再经过光电转换、放大器、低通滤波器的处理，供给谐波监视装置。

高压侧电子电路（远程模块）的电源，由直流测量屏SG102板发出激光功率，通过光功率光纤给光TA内部的远程模块供电，激光波长为810 nm，激光最大功率为700 mW。

3 光TA高压侧输出回路

1）直流线路光TA高压侧输出回路如图2所示。远程模块RM1至RM4输出的数据即为通过分流电阻采集的直流电流量。远程模块RM5的输出是经过Rogowski线圈采集的谐波电流量。每个通道有2根光纤，1根用于发射光功率，1根用于采集光TA远程模块的电流量。RM1输出数据至DMI11直流电流测量屏，RM2输出数据至DMI12直流电流测量屏，RM3、RM4、RM5输出数据至DMI13直流电流测量屏。

2）阀厅内高压极线光TA高压侧输出回路的远程模块，RM1输出数据至DMI11直流电流测量屏，RM2输出数据至DMI12直流电流测量屏，RM3和RM4输出数据至DMI13直流电流测量屏。

图2 直流线路光TA高压侧输出回路

3）直流滤波器光TA高压侧输出回路的远程模块，RM1输出数据至DMI11直流电流测量屏，RM2输出数据至DMI12直流电流测量屏，RM3和RM4输出数据至DMI13直流电流测量屏。

4 光TA测量数据通道分配

以极I为例，光TA二次侧直流电流测量屏配置为DMI11、DMI12、DMI13，实现测量数据的冗余，为保护装置提供可靠的数据。DMI1测量屏配置3块SG102板卡及1台DCC800主处理主机A；DMI12测量屏配置3块SG102板卡及1台DCC800主处理主机B；测量接口屏及通道分配如图3所示。

图3 直流电流测量接口屏回路

DMI13测量屏配置7块SG102板卡及2台DCC800主处理主机C、D。1块SG102板最多连接2个光TA远程模块。

5 光TA异常案例分析

5.1 异常分析

2011年10月13日，枫泾站极I直流保护B系统发“换流器差动保护跳闸、极母线差动保护”告警，2 s后复归。现场检查发现：①直流保护B系统已经无故障告警，直流保护A、直流保护C系统运行正常；②光TA测量接口屏运行正常；③现场调取直流极I故障录波图，直流极母线电流（IDP）平稳未见异常；④现场检查阀厅内设备、极母线高压侧光TA、户外极母线设备均运行正常。

是什么原因导致直流保护B系统误动呢？经过对阀厅高压侧IDP的测量系统进行排查，误动的原因主要表现在以下几个方面：

1）输出电压幅值小光TA的分流器将直流大电流转换为小的正比于直流电流的电压信号输出至相应的控制保护设备，由于电压信号幅值过小（0～1.667 V），很容易受到干扰，尤其是该信号需要通过普通二次电缆进行较远距离的传输，其传输损耗也很大，一旦遭到同根电缆中的其他回路的干扰或端子排绝缘不良等异常时，很容易造成瞬时的测量数据异常。

2）输出信号内阻较大 DCC800主机的输出模拟信号内阻较大，相关厂家无法提供该输出电压信号的内阻值，这也进一步加剧了输出信号遭到干扰的可能。

3）信号电缆采用两点接地 2010年版的电力系统继电保护规程规定，弱电模拟量输出回路的屏蔽电缆应采用一点接地。一点接地，可有效防止两个接地点之间的干扰电位差，对内部信号传输回路形成干扰。然而，枫泾站直流电流测量屏输出至保护装置的模拟量传输电缆屏蔽层却按两点接地设计，在直流电流测量屏和直流保护屏内均接地，一旦发生接地故障或地电位变化，两点接地会存在电位差，在电缆屏蔽层中流过干扰电流，这对传送电压量幅值过小的信号，增大了干扰概率，也增加了保护装置误动的可能性。

5.2 改进措施

为了避免缺陷引发更严重的事故，在以下三方面进行了整改：一是，将测量屏输出的电压信号转换为110 V左右的强电模拟量信号，避免测量值受到干扰；二是，直流电流测量屏输出至保护装置的电缆采取一点接地，一旦存在接地电流，电缆和大地之间没有电流的通路，就不会对传送的测量信号造成干扰，同时也提高了测量电流的可靠性，降低了保护装置误动的概率。三是，在相关TA测量单元的模拟信号输出端增加放大单元，提高模拟量输出电压等级并减小内阻，防止过于微弱的信号在传输过程中遭受干扰。