串聯(lián)補(bǔ)償平臺上電流互感器測量系統(tǒng)的干擾性分析

串聯(lián)補(bǔ)償平臺上電流互感器測量系統(tǒng)的干擾性分析

0次側(cè)電纜模式網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償系統(tǒng)（即網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償）需要測量系統(tǒng)的電流傳感器（ta），以提供可靠和可靠的電流信息。常規(guī)TA測量系統(tǒng)在串補(bǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用成熟,但仍存在一些缺陷:串補(bǔ)平臺上常規(guī)TA二次側(cè)電纜需接到集中箱,線纜布置很長,TA測量系統(tǒng)的抗干擾能力差;串補(bǔ)平臺上常規(guī)TA測量系統(tǒng)的供能電源依賴一次電流轉(zhuǎn)換,供能存在一定的不穩(wěn)定性;串補(bǔ)平臺上存在多種電位,回路復(fù)雜,常規(guī)TA測量系統(tǒng)暫態(tài)情況下電位易發(fā)生變化。近年來,電子式互感器發(fā)展迅速,其中電子式TA絕緣簡單、體積小、無磁飽和、二次輸出可以開路,光纜輸出數(shù)字信號,無二次電纜。本文對串補(bǔ)系統(tǒng)中常規(guī)TA測量系統(tǒng)的干擾影響進(jìn)行分析,提出了一種新的電子式TA測量系統(tǒng)的串補(bǔ)應(yīng)用方案,以增強(qiáng)TA測量系統(tǒng)的抗干擾能力。1試驗系統(tǒng)及設(shè)備串補(bǔ)系統(tǒng)主要包括電容器組、金屬氧化物限壓器(MOV)、觸發(fā)火花間隙、阻尼裝置、旁路斷路器、絕緣平臺以及相應(yīng)的測量系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。1.1電容器電壓跨境電壓過大時考慮測量不平衡時傳感器發(fā)生誤動作串補(bǔ)系統(tǒng)在工程實踐中有一些問題沒有得到很好解決。串補(bǔ)系統(tǒng)所在平臺電磁環(huán)境復(fù)雜,存在很強(qiáng)的電磁干擾(尤其當(dāng)串補(bǔ)系統(tǒng)投入和退出時),對TA測量產(chǎn)生較大影響,容易引起電容器不平衡保護(hù)、平臺閃絡(luò)保護(hù)、間隙保護(hù)的誤動作;直接測量整組電容器電壓跨度大,不易測量,且受平臺電磁干擾較大,誤差較大;MOV損壞率高,MOV容量設(shè)計及各并聯(lián)柱之間的均流問題沒有得到很好解決,各個MOV柱電流不平衡會使得單支MOV發(fā)生爆炸或壓力釋放;間隙觸發(fā)裝置(GTE)存在抗干擾問題,一些串補(bǔ)站在系統(tǒng)充電投運(yùn)時GTE損壞。1.2次電纜沖擊下主串補(bǔ)系統(tǒng)的一次設(shè)備以及測量TA位于高壓絕緣平臺上,設(shè)備安裝緊湊,平臺對地絕緣,本文介紹的河池串補(bǔ)平臺的布置圖見附錄A圖A1。圖中1~8是測量TA,測量TA的二次輸出模擬信號通過電纜匯集到二次端子盒,模擬信號經(jīng)過固定在平臺上的光電轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號,經(jīng)信號柱傳送到遠(yuǎn)方保護(hù)小室里。TA二次輸出到端子盒之間的電纜就在串補(bǔ)平臺上,TA二次電纜和平臺存在分布電容,平臺上的電容器等設(shè)備與平臺由于雜散電容的影響,在高頻信號下,易形成泄放回路,TA二次電纜極易受到干擾,從而影響正常采樣。通常做法是將TA二次電纜的屏蔽層都在同一端子盒接地(即單點接地)。電纜屏蔽體將接收電路、設(shè)備包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。但在工程實際中,屏蔽體上有很多導(dǎo)電不連續(xù)點,如屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙。當(dāng)干擾頻率較高,即波長相對縫隙較小時,就產(chǎn)生了電磁泄漏。另外,在頻率較高的場合,空間各種雜散參數(shù)為差模電流提供了更多的返回路徑。這樣泄漏的差模電流導(dǎo)致了共模電壓的產(chǎn)生,而后共模電壓與雜散電容導(dǎo)致電纜產(chǎn)生共模電流,由于共模電流的環(huán)路面積是由電纜與大地形成的,因此具有較大的環(huán)路面積,會產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射,并且在強(qiáng)電磁場下也會感應(yīng)出環(huán)路電流,形成對正常信號的干擾。串補(bǔ)投退時隔離刀閘拉弧、故障時電容器通過火花間隙放電都會成為TA測量系統(tǒng)的干擾源,瞬態(tài)電流可達(dá)到100kA,同時串補(bǔ)平臺上存在多種電位,回路復(fù)雜,暫態(tài)情況下電位發(fā)生變化,TA的電磁環(huán)境復(fù)雜。由于TA在平臺上分散布置,二次側(cè)電纜很長,很容易受到干擾,暫態(tài)下甚至?xí)敫唠妷?導(dǎo)致電子設(shè)備損壞。例如:當(dāng)串補(bǔ)平臺投入瞬間,一次操作的高壓電弧干擾不可避免,這樣在二次回路上產(chǎn)生了較大的干擾信號,二次回路受到了暫態(tài)分量的影響。暫態(tài)分量通過TA二次電纜的屏蔽層,使TA二次回路出現(xiàn)了干擾信號,甚至?xí)l(fā)生燒壞測量二次端子盒內(nèi)電子設(shè)備的現(xiàn)象。2電子式ta信號轉(zhuǎn)換針對常規(guī)TA測量系統(tǒng)易受干擾、影響暫態(tài)測量準(zhǔn)確性的問題,提出一種新的電子式TA測量系統(tǒng),利用電子式TA傳感串補(bǔ)平臺上一次設(shè)備電流,利用基于激光供能的遠(yuǎn)端模塊就地采集電子式TA的輸出信號,以及利用光纖傳送信號。該TA測量系統(tǒng)采用電子式TA就地分散采集的方式,沒有二次電纜,使用光纜直接傳輸數(shù)字信號,消除了對測量系統(tǒng)的干擾路徑,能實現(xiàn)對串補(bǔ)平臺上一次設(shè)備電流的真實可靠監(jiān)測。2.1遠(yuǎn)端模塊和光纖緣電子式TA測量系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示,圖中PIN為光電二極管。電子式TA測量系統(tǒng)利用低功率線圈(LPCT)傳感設(shè)備電流。LPCT的輸出信號正比于被測電流,LPCT的輸出信號利用遠(yuǎn)端模塊就地進(jìn)行處理。遠(yuǎn)端模塊置于LPCT頂部的遠(yuǎn)端模塊箱體內(nèi)。遠(yuǎn)端模塊對來自LPCT的信號進(jìn)行濾波、放大、模數(shù)變換、數(shù)字信號處理及電光變換,將被測一次設(shè)備電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號的形式輸出,遠(yuǎn)端模塊的工作電源由合并單元內(nèi)的激光器提供。硅橡膠復(fù)合絕緣子保證串補(bǔ)平臺和大地的絕緣,絕緣子內(nèi)埋多根多模光纖,絕緣子底部固定有光纖熔接箱體。TA測量系統(tǒng)的戶外部分(包括LPCT及復(fù)合絕緣子等部分)通過鎧裝光纜與主控室的合并單元相連。2.2次電流效學(xué)設(shè)計LPCT的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中:Ip為一次電流;Rsh為并聯(lián)電阻;Us為二次電壓;Rb為負(fù)荷阻抗;Np為一次繞組匝數(shù);Ns為二次繞組匝數(shù);P1和P2為一次端子;S1和S2為二次端子。LPCT串聯(lián)于一次回路中,用于串補(bǔ)平臺一次設(shè)備電流的傳感測量。它由一個一次繞組、一個很小的鐵芯和與取樣電阻相連的具有最小損耗的二次繞組組成。作為二次繞組的一個組成部分,起到了將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出的作用。2.3遠(yuǎn)端激光采樣測試系統(tǒng)遠(yuǎn)端模塊是電子式TA測量系統(tǒng)的核心部件之一,原理架構(gòu)如圖3所示,LPCT和遠(yuǎn)端模塊的組件圖見附錄A圖A2。遠(yuǎn)端模塊接收并處理LPCT的輸出信號,其輸出為串行數(shù)字光信號。遠(yuǎn)端模塊的工作電源由位于控制室的合并單元內(nèi)的激光器提供。每個遠(yuǎn)端模塊有一個模擬量輸入端用以接收LPCT的輸出信號,一個光纖接收頭用以接收激光,一個光纖發(fā)射頭用以發(fā)送數(shù)字信號。遠(yuǎn)端模塊采用低功耗設(shè)計技術(shù),其實際功耗小于30mW,這樣可減小激光器的輸出功率,提高可靠性及壽命。遠(yuǎn)端模塊設(shè)計了兩路獨(dú)立模擬采樣回路,完成雙重化采樣,實時比較、校驗兩路采樣值,實現(xiàn)采樣回路硬件自檢功能。當(dāng)遠(yuǎn)端模塊工作異常(AD采樣異常、電源電壓異常、數(shù)據(jù)傳輸異常等)時,可及時給出故障告警信號并給出數(shù)據(jù)無效標(biāo)志,避免采樣異常等情況引起保護(hù)誤動。遠(yuǎn)端模塊的設(shè)計充分考慮了其戶外工作的惡劣環(huán)境,能在較寬的溫度范圍(如-40~+70℃)及較強(qiáng)的電磁干擾環(huán)境下正常工作。2.4輸出供二次設(shè)備使用的數(shù)據(jù)及輸出數(shù)據(jù)合并單元置于控制室,一方面為遠(yuǎn)端模塊提供供能激光,另一方面接收并處理遠(yuǎn)端模塊下發(fā)的數(shù)據(jù),并將測量數(shù)據(jù)按規(guī)定的協(xié)議(時分復(fù)用(TDM)或IEC60044-8)輸出供二次設(shè)備使用。合并單元設(shè)計了多種硬件和軟件措施,當(dāng)遠(yuǎn)端模塊或合并單元發(fā)生故障時,能及時被發(fā)現(xiàn),并按預(yù)定的方案對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行正確處理,使得串補(bǔ)控制保護(hù)裝置始終獲得正確數(shù)據(jù)。2.5實驗數(shù)據(jù)的傳輸和傳輸電子式TA測量系統(tǒng)利用基于激光供能的遠(yuǎn)端模塊就地采集電子式TA的輸出信號,傳送的是數(shù)字信號,其在傳輸和處理過程中均不會產(chǎn)生附加誤差,使串補(bǔ)系統(tǒng)控制和保護(hù)的測量精度得到提高。電子式TA測量系統(tǒng)利用光纖傳送信號,輸出的數(shù)字信號可以很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。電子式TA測量系統(tǒng)絕緣結(jié)構(gòu)簡單可靠、體積小、重量輕、線性度好、測量精度高(0.2級)、動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾性能好。3基于ta測量系統(tǒng)的串補(bǔ)充程序針對目前串補(bǔ)系統(tǒng)存在的平臺電磁干擾、電子設(shè)備易損壞等問題,可以使用電子式TA測量系統(tǒng)保證采樣準(zhǔn)確、可靠。3.1u2009lpct遠(yuǎn)端模塊500kV河池串補(bǔ)站以及百色串補(bǔ)站改造時采用了基于電子式TA測量系統(tǒng)的串補(bǔ)方案。串補(bǔ)站包含3個平臺,平臺上的互感器布置如圖4所示。圖中:DS為隔離開關(guān);GS為接地開關(guān);QS為旁路開關(guān);MIX為光纖熔接箱;J為放電間隙;C為電容器組。均采用LPCT取代常規(guī)互感器,每個平臺配置9只LPCT,其中Icap,Iby,Imov,Imov1,Igap,Ipla,Iline這7個測點的LPCT額定一次電流為2400A,Icap1和Icap2測點的LPCT額定一次電流為2000A,各電子式TA與平臺間的絕緣要求滿足10kV絕緣水平,各就地采集單元配置兩組遠(yuǎn)端模塊,實現(xiàn)模擬量雙通道采集和模擬量采集部分的冗余配置。串補(bǔ)和控制保護(hù)系統(tǒng)也采用雙重化原則配置,并具有對自身和對外接口回路的自檢和自診斷功能,兩套系統(tǒng)完全獨(dú)立、互為冗余,每套系統(tǒng)均可以獨(dú)立啟動、運(yùn)行和退出。其中一套控制保護(hù)系統(tǒng)因故障退出時,另一套系統(tǒng)仍能保證串補(bǔ)裝置的正常投入、運(yùn)行和退出。3.2電流擾動試驗500kV串補(bǔ)站的電子式TA測量系統(tǒng)不僅通過了國家標(biāo)準(zhǔn)的EMC電磁干擾試驗,而且模擬串補(bǔ)平臺的復(fù)雜電磁干擾,通過了150kAp,8/20μs典型雷電波電流瞬態(tài)大電流響應(yīng)試驗以及40kA,3s工頻電流大電流干擾試驗。試驗現(xiàn)場圖見附錄A圖A3。串補(bǔ)系統(tǒng)投運(yùn)前模擬人工接地短路試驗后,取得TA測量系統(tǒng)錄波圖見附錄A圖A4。500kV河池串補(bǔ)站和百色串補(bǔ)站已經(jīng)投運(yùn)一年多時間,運(yùn)行穩(wěn)定、動作正確。