溫才權(quán)

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州　543002）

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串補(bǔ)平臺(tái)干擾分析及改進(jìn)建議

溫才權(quán)

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州543002）

摘要串補(bǔ)平臺(tái)存在較多的電容元件，且其面積較大，相對(duì)于500kV母線，串補(bǔ)對(duì)地電容較大，在非等電位拉合刀閘時(shí)，產(chǎn)生的電弧強(qiáng)度遠(yuǎn)比普通500kV非等電位拉合刀閘產(chǎn)生的電弧大。在實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)過(guò)多次保護(hù)退出，保護(hù)誤動(dòng)等現(xiàn)象。本論文通過(guò)對(duì)分合刀閘進(jìn)行分類，區(qū)分等電位與非等電位拉合刀閘的區(qū)別。并對(duì)實(shí)際干擾情況進(jìn)行分析，對(duì)增加高頻濾波電容的作用進(jìn)行分析。針對(duì)現(xiàn)有端子箱的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與特殊情況下屏蔽需求，提出修改端子箱標(biāo)準(zhǔn)的意見。針對(duì)現(xiàn)有裝置接地方式進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)意見。對(duì)現(xiàn)二次電纜的屏蔽方式進(jìn)行分析，提出改造意見。為串補(bǔ)平臺(tái)的抗干擾提出建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞：串補(bǔ)；柔性交流技術(shù)；非等電位；抗干擾；耦合路徑

串補(bǔ)平臺(tái)的對(duì)地電壓為線路的相電壓，其電磁環(huán)境較為惡劣，受到影響因數(shù)較多。而安裝在平臺(tái)上的二次設(shè)備受到的干擾較大。串補(bǔ)平臺(tái)存在較多的電容元件，且其面積較大，相對(duì)500kV母線對(duì)地電容較大，在非等電位拉合刀閘時(shí)，產(chǎn)生的電弧強(qiáng)度遠(yuǎn)比普通500kV非等電位拉合刀閘產(chǎn)生的電弧大。在實(shí)際運(yùn)行中，多次出現(xiàn)由于非等電位拉合刀閘導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)誤動(dòng)、退出等嚴(yán)重現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了串補(bǔ)的穩(wěn)定運(yùn)行。

賀州串補(bǔ)、河池串補(bǔ)、百色串補(bǔ)等南網(wǎng)范圍內(nèi)多套串補(bǔ)設(shè)備，在非等電位拉合刀閘、線路故障時(shí)，均多次出現(xiàn)保護(hù)采樣裝置異常導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)誤動(dòng)、退出等嚴(yán)重現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行分析，可發(fā)現(xiàn)該類型故障均可能由串補(bǔ)平臺(tái)PFOI受到干擾引起。

1　干擾基本情況

賀州柳賀甲、乙線2套串補(bǔ)裝置，分別于2009 年5月底、6月初投產(chǎn)，串補(bǔ)容量共計(jì)780Mvar，采用美國(guó)GE公司的產(chǎn)品。在運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)二次采樣突變導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)誤動(dòng)、誤碼多導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)退出等現(xiàn)象。以下將分兩種情況進(jìn)行介紹。

1.1非等電位拉合刀閘時(shí)保護(hù)退出

在運(yùn)行操作過(guò)程中，當(dāng)合上第一把平臺(tái)刀閘或者拉開最后一把平臺(tái)刀閘時(shí)，多次發(fā)生串補(bǔ)保護(hù)報(bào)“通信故障”導(dǎo)致保護(hù)退出的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了串補(bǔ)的正常運(yùn)行。表1統(tǒng)計(jì)了投運(yùn)前3年時(shí)間內(nèi)，拉合串補(bǔ)刀閘導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)退出的現(xiàn)象。

表1　串補(bǔ)保護(hù)退出統(tǒng)計(jì)

1.2采樣突變導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)

在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)無(wú)異常情況下，二次采樣電流多次出現(xiàn)較大的突變，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。保護(hù)誤動(dòng)的統(tǒng)計(jì)見表2。

2　保護(hù)退出原因分析

2.1拉合刀閘兩種類型影響分析

為了分析拉、合刀閘的電磁干擾，便于分析，將其分為兩類：等電位拉合刀閘和非等電位拉合刀閘。假如刀閘在拉開之后，或者合上之前，刀閘兩端的電位一致，則將其暫定為等電位拉合刀閘，反之則稱為非等電位拉合刀閘。賀州串補(bǔ)站多次出現(xiàn)非等電位拉合刀閘導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)退出，甚至串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作的嚴(yán)重現(xiàn)象。但在等電位拉合刀閘時(shí)，從未出現(xiàn)過(guò)類似現(xiàn)象。這從理論上也容易分析得到，在非等電位拉合導(dǎo)致時(shí)，由于設(shè)備對(duì)地電容、刀閘兩端電壓劇變等因素影響，將會(huì)產(chǎn)生較大的電弧。而等電位拉合刀閘時(shí)由于兩端電壓一致，不會(huì)產(chǎn)生電弧。

表2　串補(bǔ)保護(hù)采樣突變統(tǒng)計(jì)

2.2干擾波形分析

在故障錄波上可以看到，在拉合刀閘瞬間，地面上的電纜存在20ms左右的干擾電壓，平臺(tái)上的電容器組CT監(jiān)測(cè)到的電流一次幅值達(dá)到140A。如圖1所示。該干擾有以下兩種可能：

1）CT二次回路的電流干擾。

2）一次設(shè)備存在一定的干擾電流。

圖1　平臺(tái)電容器組干擾電流

2.3通信故障的原因

通信故障導(dǎo)致保護(hù)退出的保護(hù)邏輯如下所述。

1）當(dāng)任意一相通信告警時(shí)，如果其他兩相中的任何一相的電容電流或者斷路器電流大于100A，持續(xù)3s，則報(bào)通信故障，同時(shí)將串補(bǔ)保護(hù)退出運(yùn)行。

2）當(dāng)保護(hù)監(jiān)測(cè)到誤碼率在一定時(shí)間內(nèi)超過(guò)一定值時(shí)則報(bào)通信故障，同時(shí)將串補(bǔ)保護(hù)退出運(yùn)行。

由于第一條邏輯需要電流超過(guò)100A持續(xù)超過(guò)3s，而拉合刀閘的干擾電流只保持至毫秒級(jí)。所以只有一種可能，就是誤碼率太高導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)報(bào)通信故障，引起串補(bǔ)保護(hù)退出。

為了進(jìn)一步確認(rèn)故障原因，用專用的誤碼檢測(cè)儀接到數(shù)據(jù)光纖上監(jiān)測(cè)誤碼，非等電位拉合刀閘六次，其中一次出現(xiàn)串補(bǔ)保護(hù)退出現(xiàn)象。保護(hù)退出時(shí)，誤碼檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)到誤碼最高可達(dá)64個(gè)。每一相的誤碼測(cè)試結(jié)果見表3。

表3　采樣系統(tǒng)接受到誤碼數(shù)

由于平臺(tái)與地面保護(hù)采用光纖通信，而光纖幾乎不會(huì)受到電磁波的干擾，故可以確定，平臺(tái)上面的采樣裝置PFOI（串補(bǔ)平臺(tái)上的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將CT的二次模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)光纖轉(zhuǎn)發(fā)到保護(hù)裝置）已經(jīng)受到嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致產(chǎn)生誤碼。

3　采樣異常原因分析

采樣異常分兩種情況，一種瞬時(shí)復(fù)歸，如圖2所示；另一種可能保持?jǐn)?shù)小時(shí)，如圖3所示。

圖2　瞬時(shí)復(fù)歸的干擾電流

圖3　持續(xù)的采樣異常

在串補(bǔ)正常運(yùn)行時(shí)，平臺(tái)故障電流為0，但在運(yùn)行過(guò)程中，多次出現(xiàn)突變現(xiàn)象，導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)誤判斷為平臺(tái)故障，將串補(bǔ)永久旁路。如圖2所示。

圖3為在串補(bǔ)出現(xiàn)采樣異常導(dǎo)致串補(bǔ)旁路后，平臺(tái)故障電流采樣持續(xù)保持大于7000A。持續(xù)3個(gè)多小時(shí)。

由于故障時(shí)刻采樣電流為為較為穩(wěn)定的直流，且數(shù)值較大，高達(dá)數(shù)千安培。因此可以確定該異常的采樣非真正的二次干擾電流引起，而是由干擾引起導(dǎo)致PFOI模塊異常，導(dǎo)致采樣產(chǎn)生較大的突變。因此分析重點(diǎn)應(yīng)放在解決PFOI的電磁環(huán)境惡劣問題上。

4　改進(jìn)建議

4.1電磁干擾分析

由于串補(bǔ)平臺(tái)的電容器件較多，容量較大，且平臺(tái)面積較大，尺寸達(dá)12×8.3m，距離地面的高度為6.878m，如圖4所示，其對(duì)地電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于500kV母線的對(duì)地電容，非等電位拉合刀閘時(shí)產(chǎn)生的電弧，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非等電位拉合空母線時(shí)產(chǎn)生的電弧。

圖4　串補(bǔ)平臺(tái)

國(guó)內(nèi)外有相關(guān)的文獻(xiàn)研究分合刀閘產(chǎn)生的電弧頻譜，如非等電位拉合220kV線路時(shí)，測(cè)量載波收發(fā)信機(jī)輸入端的暫態(tài)電壓波形，對(duì)其頻譜分析。發(fā)現(xiàn)其過(guò)電壓幅值可達(dá)3000V，在50～150kHz頻段聚集了大部分能量。產(chǎn)生的電弧頻譜如圖5所示。

圖5　2377刀閘分閘時(shí)測(cè)試波形全貌（末端開路）[1]

4.2加裝濾波電容效果分析

為了防止CT二次干擾電流影響平臺(tái)的測(cè)量裝置PFOI，在供能CT、測(cè)量CT二次回路加裝一個(gè)高頻電容，吸收高頻干擾電流。

在加裝該電容后，能有效降低CT二次回路的干擾電流。某一次非等電位拉合刀閘時(shí)，平臺(tái)電容的CT的電流最大值變?yōu)?0A，如圖6所示。低于沒有安裝高頻電流之前的140A。

但該措施無(wú)法解決串補(bǔ)保護(hù)退出、采樣異常的現(xiàn)象。主要原因有：該措施無(wú)法降低通過(guò)屏蔽線對(duì)PFOI耦合的電磁干擾，也無(wú)法降低通過(guò)空間對(duì)PFOI耦合的電磁干擾。無(wú)法解決電磁干擾導(dǎo)致PFOI誤碼較多的原因，也無(wú)法解決串補(bǔ)保護(hù)退出。

圖6　平臺(tái)電容器組干擾電流（加裝高頻電容后）

4.3屏蔽層接地方式

由于CT的二次電纜采用軟屏蔽線，然后將二次電纜穿入鐵材料制作的套管中，CT二次電纜在PFOI端采取一點(diǎn)接地。如圖7、圖8所示。而電纜的外防護(hù)套沒有設(shè)計(jì)成屏蔽層，一端安裝在304不銹鋼制作的端子箱上，接地電阻較小，另一端也直接安裝在CT上，接地電阻較大。導(dǎo)致電纜外防護(hù)套管一端接地，無(wú)法起到屏蔽作用。

圖7　CT的二次電纜

圖8　CT二次回路的屏蔽管

根據(jù)南方電網(wǎng)的反措要求：“對(duì)于單屏蔽層的二次電纜，屏蔽層應(yīng)兩端接地，對(duì)于雙屏蔽層的二次電纜，外屏蔽層兩端接地，內(nèi)屏蔽層宜在戶內(nèi)一點(diǎn)接地。以上電纜屏蔽層的接地都應(yīng)聯(lián)接在二次接地網(wǎng)上[2]?！?/p>

針對(duì)串補(bǔ)平臺(tái)干擾較大，且電纜、電纜防護(hù)套的所包圍的面積較大，通過(guò)其耦合對(duì)PFOI的干擾較大，為了避免該耦合路徑的干擾，其屏蔽方式必須正確有效。為了達(dá)到該目的，建議對(duì)屏蔽層進(jìn)行如下改造：

測(cè)量外防護(hù)套管的轉(zhuǎn)移阻抗、屏蔽效率等，確定其可作為電磁屏蔽材料，然后將其兩端接地。CT二次電纜的屏蔽層保持在PFOI端一端接地。

4.4端子箱屏蔽

由于現(xiàn)有國(guó)內(nèi)有眾多規(guī)范要求端子箱需要采用不銹鋼材料。比如江蘇省電力公司的《江蘇省電力公司變電站端子箱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“端子箱的外殼采用整板不銹鋼板（304型鋼）彎制，外殼無(wú)接縫，表面拉絲組裝成型[3]”；安徽省電力公司的《安徽電網(wǎng)變電站端子箱及二次電纜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（試行）》要求“端子箱要使用不銹鋼材料，端子箱的前沿與兩側(cè)應(yīng)保留透氣孔，透氣孔的大小要能防止小飛蟲進(jìn)入，透氣孔的設(shè)置既要有利于端子箱內(nèi)氣體的自然流動(dòng)，又要具備防雨功能，防止因氣體不流通造成端子箱內(nèi)發(fā)霉、受潮[4]?！?/p>

而以上規(guī)定均沒有深入考慮端子箱對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽需求。賀州串補(bǔ)站平臺(tái)上的端子箱也屬于304不銹鋼材料，而該類型材料的磁導(dǎo)率接近于1，且其電阻率為0.73Ω·mm2/m，其導(dǎo)電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于銅、鋁等金屬材料，電磁屏蔽性能較差。而串補(bǔ)平臺(tái)的電磁環(huán)境具有高電壓，大電流，電磁變化快等特點(diǎn)，該材料不能起到有效的屏蔽作用。針對(duì)賀州站串補(bǔ)平臺(tái)上的二次干擾電流，該材料制作的端子箱已成為二次回路的屏蔽層漏洞，建議將其改造為屏蔽效果好的材料。也針對(duì)此情況，重新考慮端子箱的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)電磁干擾較大的環(huán)境需要采用電磁屏蔽性能較好的材料。

4.5裝置接地

其中受干擾影響較大的平臺(tái)采樣裝置PFOI的接地方式如圖7、圖9、圖10所示。CT的二次屏蔽電纜全部匯集到一點(diǎn)，然后進(jìn)入裝置內(nèi)部，由裝置一根4mm2的軟線接到裝置的接地點(diǎn)。然后用一根接地線，接到端子箱的接地點(diǎn)上，再由端子箱的接地線接到串補(bǔ)平臺(tái)上。

圖9　PFOI內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖10　串補(bǔ)PFOI接地方式

非等電位拉合刀閘時(shí)，流經(jīng)串補(bǔ)的電流為零，PFOI的供能采用激光供能，其供能電壓較穩(wěn)定。但非等電位拉合刀閘時(shí)，平臺(tái)干擾較大，而二次電纜的屏蔽效果不好，外防護(hù)套沒有起到屏蔽作用，端子箱的屏蔽效果也較差，裝置接地線、CT二次電纜接地保護(hù)線、CT二次電纜的屏蔽線、端子箱的接地線將會(huì)相互干擾，將PFOI的電磁環(huán)境變得更惡劣，從而導(dǎo)致裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，產(chǎn)生較多的誤碼或者數(shù)值偏差較大。

為了裝置地不受高頻干擾電壓的影響，應(yīng)將裝置的接地線與CT的二次屏蔽線、電纜外防護(hù)套接地線、端子箱的接地線、CT二次電纜接地保護(hù)線分開接地。即CT的屏蔽線接地不再進(jìn)入裝置內(nèi)部，而是直接接到平臺(tái)的接地點(diǎn)。裝置地經(jīng)過(guò)過(guò)電壓保護(hù)裝置接地，使得平臺(tái)干擾電壓不竄入PFOI裝置，同時(shí)保證PFOI不受高電壓影響，如圖11所示。

圖11　改進(jìn)的PFOI接地方式

5　結(jié)論

在改進(jìn)了PFOI的接地方式后，非等電位拉合刀閘導(dǎo)致串補(bǔ)保護(hù)自動(dòng)退出的問題得到改善，運(yùn)行一年多的時(shí)間內(nèi)沒有再發(fā)生串補(bǔ)保護(hù)自動(dòng)退出的問題。但采樣異常問題依然未能得到根本解決。

串補(bǔ)平臺(tái)上的電磁環(huán)境較復(fù)雜，非等電位拉合刀閘產(chǎn)生的電弧強(qiáng)度較大，對(duì)設(shè)備抗電磁干擾能力要求較高。本文從500kV賀州串補(bǔ)站的實(shí)例出發(fā)，對(duì)加裝高頻濾波電容的效果進(jìn)行分析，實(shí)測(cè)。提出端子箱在電磁兼容復(fù)雜環(huán)境下的屏蔽需求，提出對(duì)相應(yīng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)意見。對(duì)二次屏蔽層提出改造方案，有效避免二次回路形成的干擾。對(duì)裝置地的接線方式提出改造意見，減少PFOI受到的電磁干擾。但仍有眾多難題需要深入研究，并等待實(shí)際驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

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[2] 中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心. 中國(guó)南方電網(wǎng)公司繼電保護(hù)反事故措施匯編釋義[Z]. 2010.

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[4] 安徽省電力公司. 安徽電網(wǎng)變電站端子箱及二次電纜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（試行）[Z]. 2008.

溫才權(quán)（1986-），男，廣東廉江人，工程師，學(xué)士，從事變電運(yùn)行維護(hù)工作。

Series Compensation Platform Interference Analysis and Suggestions for Improvement

Wen Caiquan
(Wuzhou Bureau, CSG EHV Power Transimission Company, Wuzhou, Guangxi543002)

Abstract There are many series compensation capacitor element on the platform, and the platform is larger than the 500kV bus. The capacitance to ground is larger too. In the equipotential close breaker, the arc intensity than the ordinary 500kV of equipotential pull us and produce big arc breaker. In actual operation, there have been many times to protect exit, protection malfunction and so on. This paper through to the breaker points or the classify, distinguish with the equipotential bonding breaker close the difference. And analyze the actual interference, proposed in view of the terminal box of shielding requirements, device grounding method and other improvements, for series compensation platform of anti-jamming solution is put forward.

Keywords：FSC; flexible AC technology; non-equipotential; interference; coupling path

作者簡(jiǎn)介