换流变铁芯接地电流在线监测数据异常原因分析及对策

张小辉，王茂军，高 强，刘 齐，原 峰

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

换流变铁芯接地电流在线监测数据异常原因分析及对策

张小辉，王茂军，高 强，刘 齐，原 峰

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

通过对高岭换流站换流变压器铁芯和夹件接地电流波形的测量和分析，查找换流变安装运行的某型铁芯、夹件接地电流在线监测装置测量结果异常的原因，提出应对措施，并对国家电网公司制定的变压器铁芯接地电流在线监测装置性能检测方案提出改进意见。

换流变压器；铁芯接地电流；监测数据异常；原因及对策

变压器铁芯、夹件接地电流在线监测装置能够准确地监测变压器铁芯、夹件接地电流变化情况，及时有效地发现变压器铁芯、夹件是否存在多点接地情况，已经在电力系统得到广泛应用，并逐渐取代人工巡检变压器铁芯、夹件接地电流的工作［1-2］。但此类在线监测装置在高岭换流变电站安装运行后，发现存在设计不够合理，性能检测方案不够完善等问题。

表1 铁芯接地电流检测数据和在线监测数据对比 mA

1 问题分析

高岭换流站24台单相换流变在停电检修期间，安装了铁芯及夹件接地电流在线监测装置，共48台。装置安装投运后，站内运行人员在使用钳形电流表对换流变铁芯和夹件接地电流进行检测时，发现部分检测数据与在线监测数据存在较大差异。见表1和表2。

从表1和表2可以看出，部分换流变铁芯和夹件接地电流检测数据与在线监测数据相差较小，考虑到两种测量方法受到仪器性能、测量位置和电磁环境等因素的影响，属于合理范围内。但010B，011B，020B，021B，030B，040B组换流变铁芯接地电流在线监测数据，010B组换流变A相，041B组换流变 A相的铁芯接地电流在线监测数据，041B组换流变B相和C相夹件接地电流在线监测数据均与钳形电流表检测数据相差较大，最大已达10余倍。因此，需要分析造成差异的原因，确定在线监测装置测量结果的真实性和有效性。

表2 夹件接地电流检测数据和在线监测数据对比 mA

2 现场试验及原因分析

由于高岭换流站与常规变电站电磁环境不同，换流变压器运行条件与常规电力变压器也不尽相同。分析换流变铁芯和夹件接地引下线内可能含有直流分量或高次谐波分量［3］。考虑到现场安装运行的在线监测装置数量较多，且型号相同。因此，首先选择存在典型问题的030B组换流变A相和C相进行研究分析。

采用霍尔传感器和交直流钳形电流表分别对030B组换流变A相和C相铁芯和夹件接地引下线的电流进行测量，结果显示铁芯和夹件接地电流中的直流分量幅值很小，忽略不计；因此，排除了直流分量对装置测量结果的影响。

为了分析高次谐波对测量结果产生的影响，将在线监测装置内置的电流互感器与装置主板接口断开，采用示波器对电流互感器输出信号波形进行测量，测量原理如图1所示。

图1 测量原理

在测量中，将示波器设置为：X轴2 ms/div，Y轴200 mV/div。A相铁芯接地电流波形测量结果如图2所示。

从图2可看出030B组换流变A相的铁芯接地电流含有大量高次谐波分量；采用示波器对电流波形进行频谱分析，分析结果如图3所示。

图2 030B组换流变A相铁芯接地电流波形

图3 030B组换流变A相铁芯接地电流频谱分析

采用同样方法分别对030B组换流变A相夹件接地电流，C相铁芯接地电流和夹件接地电流进行测量，测量和分析结果如图4—9所示。

从上述示波器电流波形测量和频谱分析结果看出，换流变铁芯和夹件接地电流除了含有基波成分外，还含有大量高次谐波，其最高频率达3 kHz，且部分高次谐波分量的幅值大于基波分量幅值。

对030B组换流变A相铁芯接地电流在线监测装置测量单元的原始测量数据读取时发现，装置控制器采集的256组16进制数据，大部分是0xff，这说明装置电流互感器输出端的电流信号幅值经过电流/电压转换电路，量程自动转换电路和信号调理电路后，超出了装置控制器的测量范围，进而导致装置测量结果与检测数据出现差异。装置测量单元工作原理如图10所示。

图4 030B组换流变A相夹件接地电流波形

图5 030B组换流变A相夹件接地电流频谱分析

图6 030B组换流变C相铁芯接地电流波形

图7 030B组换流变C相铁芯接地电流频谱分析

图8 030B组换流变C相夹件接地电流波形

图9 030B组换流变C相夹件接地电流频谱分析

图10 装置测量单元工作原理

图10中的电流/电压转换电路主要作用是将电流互感器输出端的电流信号转换成电压信号；量程自动转换电路主要作用是根据控制器发出的指令，自动实现切换档位，将电压输入信号幅值进行适当放大或衰减；信号调理电路主要作用是将信号幅值调至适当测量范围内，以供控制器进行采集计算［4］。

通过对装置测量单元的工作原理和测量数据进行研究发现，装置的电流有效值最大量程为10 A，而高岭换流站的换流变铁芯和夹件接地电流有效值均不大于100 mA，远未达到装置的最大量程；但是装置设计的量程自动转换电路和编写的软件算法，是以电压输入信号的基波幅值作为档位切换依据，没有考虑谐波分量带来的影响；而高岭换流站高次谐波含量较大，且高次谐波的幅值也较大，与基波幅值相比，已经无法忽略。当控制器以电压输入信号基波幅值作为档位切换依据，发出放大信号指令时，电压输出信号中基波分量和高次谐波分量的幅值将同时被放大，从而造成经过信号调理电路后的电压信号幅值超出了装置控制器的测量范围，导致计算结果错误。

3 整改对策

确定问题原因后，将装置量程自动转换电路的档位切换依据由电压输入信号的基波幅值改为峰值，从而使经过信号调理电路的电压信号幅值保持在控制器测量范围内；同时对装置软件算法程序重新进行了修改和调试。整改后的装置测量数据与重新检测的数据对比结果见表3和表4。

由于受到现场干扰因素的影响，导致表3中部分检测结果不稳定，无法有效记录；而在线监测装置显示的数据则较为稳定。通过对比装置整改后的在线监测数据与钳形电流表检测数据，发现两者测量结果的一致性得到明显改善，说明装置在线监测数据异常原因分析结论的正确性和整改应对措施的有效性。

表3 整改后的铁芯接地电流检测数据和在线监测数据对比 mA

表4 整改后夹件接地电流检测数据和在线监测数据对比 mA

4 结论

通过测试发现，换流变压器铁芯和夹件接地电流含有大量高次谐波，而且部分高次谐波的幅值较大，而普通钳形电流表由于受到高次谐波的影响，容易造成检测数据波动不稳定或者与真实结果存在差异等情况［5］，给换流变铁芯和夹件运行情况的状态评价工作带来困难。

变压器铁芯和夹件接地电流在线监测装置在采用合理的测量原理和计算方法的情况下，能够测量出变压器铁芯和夹件接地电流的真实值，可以为换流变的状态评价工作提供有效的数据支撑。

需要说明的是，高岭换流站安装运行的变压器铁芯和夹件接地电流在线监测装置，依据国家电网公司企业标准Q/GDW 540.1—2010《变电设备在线监测装置检验规范 第1部分：通用检验规范》［6］，已经通过了中国电力科学研究院的性能检测试验，并取得检测报告。由此反映出目前针对此类在线监测装置实施的性能检测方案还需进一步完善。在检验装置测量范围和测量误差时，不仅只施加基波电流信号，还应考虑现场实际测量环境，加入谐波干扰信号，以充分验证在线监测装置测量结果的真实性和有效性。

［1］王茂军，高 强，耿宝宏.基于WIA的变压器铁心接地电流监测装置应用 ［J］.东北电力技术，2014，35（10）：30-32.［2］耿宝宏，张军阳，高 强.变电设备在线监测技术分析 ［J］.东北电力技术，2011，32（1）：23-26.

［3］王宁之.换流变压器和平波电抗器研制简介 ［J］.变压器，2007，44（2）：5-7.

［4］周志强，高 强，张军阳，等.变压器铁芯接地电流在线监测装置及其监测方法 ［P］.中国专利：ZL201110210033.5，2014-02-12.

［5］国家电网公司运维检修部.电网设备带电检测技术 ［M］.北京：中国电力出版社，2014.

［6］王茂军，高 强，耿宝宏.变电设备在线监测装置电磁兼容试验与研究 ［J］.东北电力技术，2014，35（9）：14-16.

Reason Analysis and Countermeasures on Monitoring Abnormal Date of Converter Transformer Core Grounding Current

ZHANG Xiaohui，WANG Maojun，GAO Qiang，LIU Qi，YUAN feng
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Through the measurement and analysis of converter transformer core and clamps the grounding current waveform in Gaoling converter station，the reason of the abnormal monitoring data are analyzed.This paper provides the solution and the suggestions for the testing specification that is constituted by the State Grid Corporation.

converter transformer；core ground current；abnormal monitoring data；reason and countermeasures

TM76

A

1004-7913（2017）03-0059-04

张小辉（1975），男，硕士，高级工程师，从事输变电设备技术研究。

2017-01-05）