宋海龍，張娟梅

(1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011；2.銀川市金鳳區(qū)良田小學(xué)，寧夏 銀川 750011)

在特高壓直流輸電系統(tǒng)中，電子式電流互感器在直流場(chǎng)、交直流濾波器場(chǎng)等場(chǎng)景下應(yīng)用廣泛[1-2]，主要對(duì)直流電流或電容器不平衡電流進(jìn)行測(cè)量，供交直流控制、保護(hù)或故障錄波裝置使用[3]。以電容器不平衡電子式電流互感器為例，通常配置在交直流濾波器電容器橋型結(jié)構(gòu)中，用于電容器三段式不平衡保護(hù)報(bào)警或跳閘，從而保障濾波器向直流系統(tǒng)提供足夠無功、濾除相應(yīng)次數(shù)諧波和調(diào)節(jié)母線電壓等功能[4-5]。一般情況下，如果1個(gè)電容器單元的元件熔絲熔斷，該橋臂的電容值將隨之變化，從而導(dǎo)致橋中流過較大不平衡電流[6]，一旦電子式電流互感器測(cè)量回路出現(xiàn)異常，則對(duì)應(yīng)的電容器不平衡保護(hù)將會(huì)退出，無法對(duì)電容器組起到保護(hù)作用[7]，若此時(shí)發(fā)生多個(gè)電容器單元故障，有可能引起電容器組雪崩損壞導(dǎo)致設(shè)備故障擴(kuò)大，給直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大影響。本文介紹了電子式電流互感器測(cè)量原理，對(duì)存在的問題及處理情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，可為直流換流站交直流濾波器運(yùn)維管理提供參考。

1 測(cè)量原理及存在問題

1.1 測(cè)量原理

電容器不平衡電子式電流互感器利用低功率CT(low power current transformer, LPCT)傳感一次電流,利用基于激光供電技術(shù)的遠(yuǎn)端模塊輸出電流信號(hào),利用光纖傳送信號(hào),利用光纖復(fù)合絕緣子保證設(shè)備絕緣，具有絕緣簡(jiǎn)單可靠、重量輕、測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。電容器不平衡電子式電流互感器結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

電容器不平衡電子式電流互感器有懸掛式及支柱式2種結(jié)構(gòu)方式，可以滿足不同的現(xiàn)場(chǎng)安裝需求。從圖1可知，其測(cè)量回路主要由一次傳感器、電阻盒、遠(yuǎn)端模塊、光纖復(fù)合絕緣子、戶外光纖熔接箱、戶內(nèi)光纖配線架和合并單元等組成[8-9]。每臺(tái)不平衡電子式電流互感器利用LPCT傳感一次電流，再將產(chǎn)生的二次電流經(jīng)電阻盒轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并聯(lián)輸出多路模擬電壓信號(hào)分別送至對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)端模塊，經(jīng)信號(hào)處理后輸出串行數(shù)字電流光信號(hào)，通過多模光纖送至合并單元，最終將測(cè)量數(shù)據(jù)按照規(guī)定協(xié)議發(fā)送至二次裝置使用[10]。電容器不平衡電子式電流互感器光纖接口配置如圖2所示。

圖1 不平衡電子式電流互感器測(cè)量原理

圖2 不平衡電子式電流互感器光纖接口配置

從圖2可知，以Z11.T11 A相為例，即7611小組交流濾波器電容器組高壓塔A相不平衡電子式電流互感器，其一次傳感器輸出二次電流，經(jīng)電阻盒輸出6路電壓信號(hào)，分別接至6個(gè)遠(yuǎn)端模塊，每塊遠(yuǎn)端模塊通過2芯光纖與戶外光纖熔接箱相連，1芯用于激光取能，1芯用于電流量傳輸，均內(nèi)嵌在光纖復(fù)合絕緣子中；戶外光纖熔接箱通過光纖一端與遠(yuǎn)端模塊相連，另一端與戶內(nèi)光纖配線架及合并單元通過24芯光纜相連，其中12芯光纖在運(yùn)，12芯光纖備用；合并單元NR1125采樣板卡通過光纖與戶內(nèi)光纖配線架相連，一方面給遠(yuǎn)端模塊提供工作電源，另一方面接收并處理遠(yuǎn)端模塊下發(fā)的數(shù)據(jù)，并送至交流保護(hù)及故障錄波使用；當(dāng)不平衡電子式電流互感器測(cè)量回路發(fā)生異常，合并單元DSP板卡將報(bào)出相應(yīng)報(bào)警信息，提醒運(yùn)維人員及時(shí)檢查處理。

1.2 存在的問題

在直流換流站日常運(yùn)維工作中，交直流濾波器電容器不平衡電流采樣情況主要通過運(yùn)維人員數(shù)據(jù)監(jiān)盤、合并單元異常告警等方式進(jìn)行監(jiān)視[11]。由于電容器不平衡電子式電流互感器測(cè)量回路故障率較高，測(cè)量回路異常時(shí)常伴有激光器驅(qū)動(dòng)電流高、數(shù)據(jù)電平低告警、遠(yuǎn)端模塊置檢修和電流信號(hào)輸出異常等現(xiàn)象[12-13]。經(jīng)長(zhǎng)期故障診斷排查，直流換流站交直流濾波器電容器不平衡電子式電流互感器測(cè)量回路異常主要有采樣板卡故障、光纖回路故障、遠(yuǎn)端模塊故障、傳感器或電阻盒故障4個(gè)方面的原因。

2 異常分析及處理

2.1 采樣板卡故障

在正常運(yùn)行時(shí)，合并單元采樣板卡會(huì)存在發(fā)熱現(xiàn)象，如果屏柜內(nèi)通風(fēng)散熱不良，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理短時(shí)異?；蚣す馄鞴┠芄收蟍14-15]，一旦采集板卡故障，電流采樣將存在異常，現(xiàn)場(chǎng)可采取以下幾個(gè)步驟進(jìn)行分析處理：

(1)當(dāng)采樣板卡出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理短時(shí)異常時(shí)，一般合并單元會(huì)自動(dòng)重啟，如果沒有自動(dòng)重啟而電流數(shù)據(jù)仍舊異常時(shí)，可手動(dòng)斷電重啟合并單元1次，若電流數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，則需加強(qiáng)關(guān)注。

(2)當(dāng)合并單元斷電重啟后電流數(shù)據(jù)仍未恢復(fù)正常，可在合并單元斷電情況下將自帶的遠(yuǎn)端模塊和光纖跳線連接到合并單元NR1125采樣板卡的故障通道上，或者直接將戶內(nèi)光纖配線架接至備用遠(yuǎn)端模塊的光纖跳線連接到故障通道上；然后，合上合并單元裝置電源，在合并單元液晶屏上觀察原故障通道對(duì)應(yīng)激光器驅(qū)動(dòng)電流和數(shù)據(jù)電平是否正常，合并單元與遠(yuǎn)端模塊通訊是否正常，采樣數(shù)據(jù)是否正常以及監(jiān)控后臺(tái)報(bào)警信號(hào)是否復(fù)歸。

(3)當(dāng)更換備用遠(yuǎn)端模塊光纖通道后，如果原故障通道以上測(cè)試均恢復(fù)正常，則可排除合并單元NR1125板卡故障，初步判斷為外部光纖通道或遠(yuǎn)端模塊故障；如果原故障通道以上測(cè)試仍舊存在異常，則判斷為采樣板卡故障，可能是激光器供能故障，也可能是板卡數(shù)據(jù)處理模塊故障。

(4)當(dāng)判斷為采樣板卡故障時(shí)，首先需做好二次安全措施，對(duì)故障采樣板卡進(jìn)行更換及程序下載，即可消除電流測(cè)量回路異常問題。

2.2 光纖回路故障

由于電子式電流互感器是電量采集、光纖傳輸?shù)脑O(shè)備，測(cè)量回路存在長(zhǎng)距離光纖回路，如果戶外光纜由于敷設(shè)時(shí)環(huán)境惡劣，光纜或尾纖受較大應(yīng)力擠壓，光纖熔接質(zhì)量不合格，光纖頭未擰緊或光纖頭被污染，均有可能引起光纖回路損耗增大、激光器驅(qū)動(dòng)電流高和數(shù)據(jù)電平低等問題[16]，一旦光纖回路故障，電流采樣結(jié)果將存在異常。

以±800 kV某特高壓換流站為例，2016年12月29日，該換流站處于極寒天氣環(huán)境下，運(yùn)行人員監(jiān)控后臺(tái)顯示4塊遠(yuǎn)端模塊頻刷數(shù)據(jù)電平低、置檢修狀態(tài)。經(jīng)排查，4條故障通道均來自7634小組交流濾波器電容器組高壓塔C相不平衡電子式電流互感器單元。為盡快排查故障點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)將合并單元采樣板卡上C相故障光纖通道與B相正常光纖通道進(jìn)行調(diào)換，發(fā)現(xiàn)C相光纖通道數(shù)據(jù)恢復(fù)正常而B相光纖通道數(shù)據(jù)電平變低，說明外部光纖回路或遠(yuǎn)端模塊可能存在故障。

為了進(jìn)一步定位故障點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)申請(qǐng)將小組交流濾波器轉(zhuǎn)檢修，進(jìn)入交流濾波器圍欄內(nèi)對(duì)光纖回路及遠(yuǎn)端模塊接口位置進(jìn)行詳細(xì)檢查處理，主要包括以下幾個(gè)步驟：

(1)在電子式電流互感器光纖熔接箱處將在運(yùn)12芯光纖剪斷并進(jìn)行光衰耗測(cè)試，發(fā)現(xiàn)光纖熔接箱至遠(yuǎn)端模塊之間光纖衰耗均在正常范圍內(nèi)，約9 dB左右，至合并單元之間光纖衰耗很大，約40 dB左右，初步判斷為光纖熔接箱至合并單元之間光纖回路存在故障。

(2)在戶內(nèi)光纖配線架處將接至合并單元在運(yùn)12芯光纖剪斷，并進(jìn)行光衰耗測(cè)試，發(fā)現(xiàn)光纖配線架至合并單元之間光纖衰耗在正常范圍內(nèi)，約8 dB左右，排除了合并單元采樣板卡的尾纖故障，初步判斷為戶外光纖熔接箱至戶內(nèi)光纖配線架之間鎧裝光纜回路存在故障。

(3)當(dāng)定位光纜回路故障后，現(xiàn)場(chǎng)組織開挖舊光纜，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)7634小組交流濾波器圍欄內(nèi)電容器組高壓塔C相不平衡電子式電流互感器光纜預(yù)埋鋼管堵塞，導(dǎo)致舊光纜無法抽出。當(dāng)切割硬化水泥地面后，發(fā)現(xiàn)預(yù)埋鋼管內(nèi)存在結(jié)冰凍實(shí)、舊光纜被完全卡死現(xiàn)象，初步判斷為在戶外敷設(shè)光纜預(yù)埋鋼管時(shí)由于工藝不良、封堵不嚴(yán)導(dǎo)致殘留雨水浸入；同時(shí)該段埋管地勢(shì)低洼導(dǎo)致雨水無法排出，以致于在極寒天氣下結(jié)冰凍實(shí)，導(dǎo)致整根光纜承受較大應(yīng)力而引起光纖衰耗增大和電流測(cè)量結(jié)果異常。

(4)當(dāng)判斷為戶外光纜損壞時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)組織預(yù)埋新鋼管、敷設(shè)新光纜和進(jìn)行光纖熔接，要求光纜敷設(shè)、鋼管封堵及填埋工藝便于維護(hù)，待裝置送電后觀察合并單元及監(jiān)控后臺(tái)，4條故障通道所接合并單元激光器驅(qū)動(dòng)電流和數(shù)據(jù)電平均恢復(fù)正常，電子式電流互感器一次通流試驗(yàn)結(jié)果正確，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.3 遠(yuǎn)端模塊故障

每臺(tái)電子式電流互感器均配置6個(gè)遠(yuǎn)端模塊，分別送至第1套保護(hù)量采樣、第1套啟動(dòng)量采樣、第2套保護(hù)量采樣和第2套啟動(dòng)量采樣，剩余2個(gè)遠(yuǎn)端模塊作為備用[17]。如果遠(yuǎn)端模塊激光取能單元或數(shù)據(jù)處理單元發(fā)生故障，均有可能引起電流采樣結(jié)果異常。

(1)如果合并單元斷電重啟、采樣板卡更換后故障依舊存在，光纖熔接箱在運(yùn)12芯光纖至遠(yuǎn)端模塊、合并單元之間光纖衰耗均在正常范圍內(nèi)，即可判斷遠(yuǎn)端模塊存在故障。

(2)作為緊急處理措施，可在戶內(nèi)光纖配線架處將備用遠(yuǎn)端模塊通道替換至該故障通道，電流測(cè)量回路即可恢復(fù)正常。

(3)待停電檢查處理時(shí)，將小組交流濾波器轉(zhuǎn)檢修，對(duì)故障遠(yuǎn)端模塊進(jìn)行更換，即可消除測(cè)量回路異常問題。

2.4 傳感器或電阻盒故障

每臺(tái)電子式電流互感器均配置1套一次傳感器和1塊電阻盒，如果正常運(yùn)行時(shí)傳感器或電阻盒發(fā)生故障，將從根源處無法傳變電流或電壓信號(hào)，甚至發(fā)生電流開路或本體燒損故障，其故障發(fā)生率較低，然而一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致4組小組交流濾波器相關(guān)保護(hù)全部退出，使電容器組完全失去保護(hù)。

如果傳感器或電阻盒發(fā)生故障，需申請(qǐng)事故緊急處置，將小組交流濾波器轉(zhuǎn)為檢修，對(duì)一次傳感器或電阻盒進(jìn)行更換，待采樣數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，一次通流試驗(yàn)合格后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 效果評(píng)價(jià)

(1)通過將戶內(nèi)光纖配線架接至備用遠(yuǎn)端模塊的光纖跳線連接到故障通道上，即可排查采樣板卡是否存在故障，方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了板卡故障快速定位，能夠及時(shí)恢復(fù)電流正常采樣。

(2)通過對(duì)光纖分段開展光衰耗測(cè)試，能夠快速縮小故障光纖排查范圍，對(duì)光纜敷設(shè)、鋼管封堵及填埋工藝提出更高要求，便于光纖回路故障排查及處理，可為設(shè)備檢修和工程管理提供參考。

(3)通過對(duì)電子式電流互感器測(cè)量原理及異常原因進(jìn)行具體分析，為運(yùn)維人員提供了針對(duì)性異常處理方法，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 論

(1)科學(xué)有效的異常分析處理方法，能夠有效縮短運(yùn)維人員故障處理時(shí)間，提升現(xiàn)場(chǎng)工作效率，提高直流系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，具有較高的社會(huì)效益。

(2)測(cè)量回路異常處理方法能夠及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)交直流濾波器深層次隱患問題，減少設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間和故障搶修勞動(dòng)成本，保障直流功率可靠外送輸出，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)電子式電流互感器測(cè)量回路異常處理方法可為其他直流換流站交直流濾波器運(yùn)維管理提供參考，其應(yīng)用推廣范圍更大。