光学电流互感器在直流输电系统的应用及故障分析.pdf

2 O 1 4 年第3 期 上 海 电力 光学电流互感器在直流输电系统的应用 及故障分析 张瑞 波 ， 屠 云 良 ( 国网上海市 电力公司检修公 司， 上海2 0 0 0 6 3 ) 摘 要 ： 新 型光学电流互感器( 简称 光 C T) 作 为测量电流的新型设 备 ， 在直流输 电系统 中得到 了广泛 应用 ， 其 运行的可靠性 和准确性直接关 系到了直流系统 的稳定 运行 。介绍 了光 C T 的工 作原 理 ， 以光 C T在宜 一华 、 林一枫直流输 电工程 中的应用情 况为例 ， 光 C T 的典 型故 障案例及 常见 故障情 况进行 分析 ， 提 出了处理方法 和建议 。 关键词 ： 光学 电流互 感器 ； 直 流输 电 ； 电流测量 ； 稳定运行 中图分类号 ： TM4 5 2 文献标志码 ： B 0 引 言 新 型 光学 电流 互感 器 ( 简称 光 C T) 作 为 测 量 电流 的新 型设 备 ， 在 直 流 输 电 系统 中得 到广 泛 应 用 。 目前 已投入 运行 的直 流工 程 中除 葛 一南 由于 是 早期 的直 流 工 程 未 使 用 光 C T 外 ， 其 他 工 程 中 都有着广泛 的应用 。从光 C T的使用情况看 ， 总 体 运行情 况 良好 ， 但也 存 在光 C T 内部 模 块 故 障 、 光 C T至保护主机的光纤故障等问题 。这些问题 均 会导 致光 C T测 量故 障 而引起 极 闭 锁及 交 直 流 滤 波器 跳 闸 。本 文介 绍 了光 C T 在 宜 一华 、 林 一 枫 直流输 电工程 中 的应 用 情 况 ， 重 点 针 对 出 现 的 问题 进行 分 析 ， 并 提 出处理 方法 和建 议 。 l 光 CT工 作 原 理 光 C T 的基本 工作 ： 在 测 量 电 流 时 ， 光 C T 内 部测量模块经过 A D转换和光 电转换后将 电流 信号转变成光信号 ， 再通过光纤送人安装于控制 室 或继 电器 室 的控 制 系统 主机 内 。控制 系 统主 机 内 安装 有 光 接 口板 ( OI B板 ) ， 其 中与 交 直 流 滤 波 器 光 C T 连接 的光 接 口板 是 S GI O I板 ， 与直 流 母 线 光 C T 连 接 的光 接 口板 是 S G1 0 2板 。每 一 个 光 C T在 运 行 人 员 工 作 站 ( OWS ) 的界 面 上 有 光 功率 、 光 电流、 采样脉冲峰值 、 数据脉冲峰值及误 码 率 5个数 据监 视光 C T 运行 情况 。 交 流滤 波器 保护 中光 C T 由控 制 保 护端 光 纤 接 口板 S G1 0 1和与之配套 的超 低功耗远端模块 D OC T 4 0 0 0组 成 。光 C T 的特 点 是 ： 通 过 一 根光 纤发 送 光功 率 ， 提 供远 端模 块工 作所 需要 的 电源 ， 同时又 通 过 该 光 纤 接 收 远 端 模 块 的 A D 采 样 数 据 ， 整个 回路所 使用 的光 功率 极低 。远 端模 块 D OC T 4 0 0 0主要 用 于 将 交 流 电 流信 号 转 换 为 数 字信号并发送 。一次电流经过低功耗元件转换为 电压信号送入远端模块 ， 然后 通过抗混叠滤波器 等模拟信号调理电路 ， 再送入 A D采样 ， 并按 照 一 定格式的通信协议将采样后的数字量以 4 k Hz 的频率送到 S G1 0 1光纤接 口板 。 S G1 0 1 是 一 块 插 在 工 控 机 P C I 插 槽 内 的光 纤 接 口板 。S G1 0 1主 要 完 成 闭 环 的发 送 激 光 功 率控制和接收数字信号解码的功能。每块 S G1 0 1 板 卡有 6路 光 纤 通 道 ， 可 以 连接 6个 远 端 模 块 。 通 过光 纤 给 远 端模 块 供 电是 S G1 0 1板 卡 的关 键 技 术 。上 送 的激 光 功 率 其 中一 部 分 会 被 反 馈 回 来 ， 用 于发 送激 光功 率 自身 的闭环 控制 。 2光 C T典型案例分析 2 0 0 6年 9月 1 5日 2 1 ： 2 5 ： 1 l ， P2 P CP的 A、 B 系 统突 然发 “ Va l v e D C D i f f e r e n t i a l C u r r e n t t r i p ” 报 警 。检 查 OWS上 的交 流 场 界 面 ， 发 现 之 前 原 处 于断 开 状 态 的 5 0 4 2和 5 0 4 3开 关 已被 保 护 闭 锁 。查看保护动作时刻 ， P 2 P C P A2系统所录的故 障波形图和 P 2 P C P B 2系统所 录的故障波形 图显 示 ， VDP T RI P波形 发生 跃 变 的 时刻 即 为 阀直 流 差动保护动作的时刻。对 比观察可发现， 显然在 保护动作 时刻 ， A、 B两系统检测到的差流 VD P I D I F的值都在 1 6 2 A左右 ， 该值均高于其动作定 一 4 5 上 海 电力 2 0 1 4 年第3 期 值 VDP RE F 2 。在 2 0 0 6年 9月 1 5日至 9月 1 9 日期 间 ， 该情 形又 多次不 定期 出现 ， 有 时保护 会瞬 间复归 ， 有 时又会 间 隔一段 时间 出现再 复归 ， 没有 任何规 律性 。 2 1事故 原 因分 析 由 A 系统所 录 的波 形 对 照 保 护 的动 作 原 理 看 ： 在保 护 动作 时 ， VD P I D I F的 值 约 为 1 6 3 A， 而 当时 2段 的保 护定 值 V DP R E F 2约 为 1 4 9 A。 由于 V DP I D I F大 于 VD P R E F 2 ， 按 照 保 护 逻 辑 ， 经 2 0 0 ms的延 时后 ， 保 护 出 口， 保 护动作 行 为 无误 。但 问题在 于 ： 一方 面 ， 当时的实 际情况 是 直 流线 路刀 闸为 拉 开状 态 ， 换 流 变 及 直流 母 线 上并 未 带 电( 从 录波 图上 可看 到 故 障 前后 直 流 线 路 电 压 UDL约 为 0 V) ， 即高 压 直 流 母 线 电流 I D P的 值 理应 为零 ； 另一方 面 ， 从 录波 图 中可 看 到换流 阀 直 流 中性 母 线 电流 I DNC的值 约 为 1 0 A， V DP I D F的值 约 为 1 6 3 A。结 合 公 式 ： VD P I DF I D P I D NC， 这 显 然 得 出 了 当时 控 制 保 护 系 统 所 测量 的 I D P的值 为 1 5 3 A 的结 论 ， 这 与实 际 矛 盾 ， 显然 属 于测量 系统错误 。 I D P的测 量 值 来 自于 P 2 一 U T1 ， 这 是 一 个 光 C T， 具体 位置 如图 1所示 。 由于 光 C T采 用 完 全 冗 余 的测 量 线 圈 、 模 数 转 换 、 编 码 和 电 光 转 换 回 路 ， 因此 如果 A、 B两个 控 制 系 统 都 监 测 到故 障 ， 则 问题 一定 在 于光 C T两 个 通 道 的共 同 部分 ； 其 次 由于 在 O WS上查 看 对应 的光 C T测 量 板 的状 态 信息 时 ， 并 没有 在 检 测 窗 口中发 现 奇偶 校 验 错 的提示信 息 ， 因此 也排 除是 光 纤 回路 的 问题 。 因 此 ， 故障应位于位于编码和电光转换模块之前 。 秘。 礴 一。 一 ! I： 一 一 冉L 一。 一 图 1 UDL， I DP， I DNC 的测 量 电气 量 位 置 不 恿 2 2 故障 处理 对光 C T进行 检查 后 发 现 ， 其 远 方 模 块 外 观 完好 ， 电阻测量值正常， 因此怀疑有可能故障直接 位于光 C T的一次 回路本体 ， 或者一次 回路与二 次测量 回路 的接 口部分 。鉴 于此 ， 决定 对该 光 C T进行整体更换 。 一 46一 光 C T更换 完毕 后 ， 随后进 行 了 P 2直流 线路 升压试验 ， 一 次设 备 运行 正 常 ， 手 动 O I T试 验成 功 。截 至 目前 更 换 后 的 光 C T 运 行 一切 正 常 ， 阀 直流差 动保 护动作 信号 未再 出现 。 3光 C T常见故 障情况分析 通 过对 光 C T的一些 典 型故 障 和运行 维 护 过 程 中出现 的主要 问题 及 处理 情 况 进 行 分 析 ， 得 到 光 C T 测量 系统设 备 的故 障情 况 如下 。 3 1光 C T内部测 量模块 故 障引起 的光 C T测 量 系统 工作 不稳定 交流 滤波器 光 C T 内部 测量 模块 的主要 故 障 表现 为 ： 1 )光 C T 内部测 量 模块 故 障 或 运行 不 稳 定 ， 导致 光 C T测量 电流 不 正 确 ， 从 而 引 起 交 流 滤 波 器差 动保 护误 动作 或交流 滤波 器 电容 器不 平衡 保 护误 动作 。 2 )光 C T 内部测 量 模 块故 障或 运行 不 稳 定 ， 导致 光 C T监视 数 据 不 正 常 、 光 功 率 测 量 数 据 偏 大 、 误码率 高 ， 从 而 发 出告 警或 引起交 流 滤波器 控 制保 护 主机 ( AF P ) 退 出运 行 。 华新 站交 流滤 波器 组 共有 5 4块光 C T， 运 行 以来 由于光 C T 内部 测量模 块故 障 或运 行 不稳 定 所更 换 的 内部 测量模 块达 2 2块 。尤 其 在 2 0 1 1 年 迎峰度夏期间， 光 C T连续发生故障， 导致交流滤 波 器无备 用 间隔 ， 严 重影 响直 流系统 的安全运 行 。 3 2 光 纤 回 路故 障 引起 的光 C T测 量 系统 工 作 不 稳定 光 C T通过 光 纤 连 接 到 控 制 保 护 系 统 主 机 。 光纤不仅传输光功率， 还传输光脉冲数据， 所以光 C T对 光纤 的要求 很 高 ， 如果 光 纤 接 头不 清 洁 、 连 接 不好 或光纤 回路 衰 耗 大 ， 都 可 能 导 致 光 C T 发 误 码率 高告警 。光 纤 出现 问题 的原 因主要有 ： 1 )光 纤 回路 中接头 过 多 ， 而光纤 接