串聯補償平臺上電流互感器測量系統的干擾性分析

0次側電纜模式網絡補償系統（即網絡補償）需要測量系統的電流傳感器（ta），以提供可靠和可靠的電流信息。常規TA測量系統在串補系統中應用成熟,但仍存在一些缺陷:串補平臺上常規TA二次側電纜需接到集中箱,線纜布置很長,TA測量系統的抗干擾能力差;串補平臺上常規TA測量系統的供能電源依賴一次電流轉換,供能存在一定的不穩定性;串補平臺上存在多種電位,回路復雜,常規TA測量系統暫態情況下電位易發生變化。近年來,電子式互感器發展迅速,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,光纜輸出數字信號,無二次電纜。本文對串補系統中常規TA測量系統的干擾影響進行分析,提出了一種新的電子式TA測量系統的串補應用方案,以增強TA測量系統的抗干擾能力。1試驗系統及設備串補系統主要包括電容器組、金屬氧化物限壓器(MOV)、觸發火花間隙、阻尼裝置、旁路斷路器、絕緣平臺以及相應的測量系統、保護系統、控制系統等。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生誤動作串補系統在工程實踐中有一些問題沒有得到很好解決。串補系統所在平臺電磁環境復雜,存在很強的電磁干擾(尤其當串補系統投入和退出時),對TA測量產生較大影響,容易引起電容器不平衡保護、平臺閃絡保護、間隙保護的誤動作;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容量設計及各并聯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發生爆炸或壓力釋放;間隙觸發裝置(GTE)存在抗干擾問題,一些串補站在系統充電投運時GTE損壞。1.2次電纜沖擊下主串補系統的一次設備以及測量TA位于高壓絕緣平臺上,設備安裝緊湊,平臺對地絕緣,本文介紹的河池串補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,模擬信號經過固定在平臺上的光電轉換器變為數字信號,經信號柱傳送到遠方保護小室里。TA二次輸出到端子盒之間的電纜就在串補平臺上,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,屏蔽體上有很多導電不連續點,如屏蔽體不同部分結合處形成的不導電縫隙。當干擾頻率較高,即波長相對縫隙較小時,就產生了電磁泄漏。另外,在頻率較高的場合,空間各種雜散參數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致了共模電壓的產生,而后共模電壓與雜散電容導致電纜產生共模電流,由于共模電流的環路面積是由電纜與大地形成的,因此具有較大的環路面積,會產生較強的輻射,并且在強電磁場下也會感應出環路電流,形成對正常信號的干擾。串補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測量系統的干擾源,瞬態電流可達到100kA,同時串補平臺上存在多種電位,回路復雜,暫態情況下電位發生變化,TA的電磁環境復雜。由于TA在平臺上分散布置,二次側電纜很長,很容易受到干擾,暫態下甚至會引入高電壓,導致電子設備損壞。例如:當串補平臺投入瞬間,一次操作的高壓電弧干擾不可避免,這樣在二次回路上產生了較大的干擾信號,二次回路受到了暫態分量的影響。暫態分量通過TA二次電纜的屏蔽層,使TA二次回路出現了干擾信號,甚至會發生燒壞測量二次端子盒內電子設備的現象。2電子式ta信號轉換針對常規TA測量系統易受干擾、影響暫態測量準確性的問題,提出一種新的電子式TA測量系統,利用電子式TA傳感串補平臺上一次設備電流,利用基于激光供能的遠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字信號,消除了對測量系統的干擾路徑,能實現對串補平臺上一次設備電流的真實可靠監測。2.1遠端模塊和光纖緣電子式TA測量系統的架構如圖1所示,圖中PIN為光電二極管。電子式TA測量系統利用低功率線圈(LPCT)傳感設備電流。LPCT的輸出信號正比于被測電流,LPCT的輸出信號利用遠端模塊就地進行處理。遠端模塊置于LPCT頂部的遠端模塊箱體內。遠端模塊對來自LPCT的信號進行濾波、放大、模數變換、數字信號處理及電光變換,將被測一次設備電流轉換為數字光信號的形式輸出,遠端模塊的工作電源由合并單元內的激光器提供。硅橡膠復合絕緣子保證串補平臺和大地的絕緣,絕緣子內埋多根多模光纖,絕緣子底部固定有光纖熔接箱體。TA測量系統的戶外部分(包括LPCT及復合絕緣子等部分)通過鎧裝光纜與主控室的合并單元相連。2.2次電流效學設計LPCT的結構如圖2所示。圖中:Ip為一次電流;Rsh為并聯電阻;Us為二次電壓;Rb為負荷阻抗;Np為一次繞組匝數;Ns為二次繞組匝數;P1和P2為一次端子;S1和S2為二次端子。LPCT串聯于一次回路中,用于串補平臺一次設備電流的傳感測量。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換成電壓輸出的作用。2.3遠端激光采樣測試系統遠端模塊是電子式TA測量系統的核心部件之一,原理架構如圖3所示,LPCT和遠端模塊的組件圖見附錄A圖A2。遠端模塊接收并處理LPCT的輸出信號,其輸出為串行數字光信號。遠端模塊的工作電源由位于控制室的合并單元內的激光器提供。每個遠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,一個光纖發射頭用以發送數字信號。遠端模塊采用低功耗設計技術,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。遠端模塊設計了兩路獨立模擬采樣回路,完成雙重化采樣,實時比較、校驗兩路采樣值,實現采樣回路硬件自檢功能。當遠端模塊工作異常(AD采樣異常、電源電壓異常、數據傳輸異常等)時,可及時給出故障告警信號并給出數據無效標志,避免采樣異常等情況引起保護誤動。遠端模塊的設計充分考慮了其戶外工作的惡劣環境,能在較寬的溫度范圍(如-40~+70℃)及較強的電磁干擾環境下正常工作。2.4輸出供二次設備使用的數據及輸出數據合并單元置于控制室,一方面為遠端模塊提供供能激光,另一方面接收并處理遠端模塊下發的數據,并將測量數據按規定的協議(時分復用(TDM)或IEC60044-8)輸出供二次設備使用。合并單元設計了多種硬件和軟件措施,當遠端模塊或合并單元發生故障時,能及時被發現,并按預定的方案對采樣數據進行正確處理,使得串補控制保護裝置始終獲得正確數據。2.5實驗數據的傳輸和傳輸電子式TA測量系統利用基于激光供能的遠端模塊就地采集電子式TA的輸出信號,傳送的是數字信號,其在傳輸和處理過程中均不會產生附加誤差,使串補系統控制和保護的測量精度得到提高。電子式TA測量系統利用光纖傳送信號,輸出的數字信號可以很方便地進行數據通信,實現數據共享。電子式TA測量系統絕緣結構簡單可靠、體積小、重量輕、線性度好、測量精度高(0.2級)、動態響應快、抗干擾性能好。3基于ta測量系統的串補充程序針對目前串補系統存在的平臺電磁干擾、電子設備易損壞等問題,可以使用電子式TA測量系統保證采樣準確、可靠。3.1u2009lpct遠端模塊500kV河池串補站以及百色串補站改造時采用了基于電子式TA測量系統的串補方案。串補站包含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;GS為接地開關;QS為旁路開關;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端模塊,實現模擬量雙通道采集和模擬量采集部分的冗余配置。串補和控制保護系統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,兩套系統完全獨立、互為冗余,每套系統均可以獨立啟動、運行和退出。其中一套控制保護系統因故障退出時,另一套系統仍能保證串補裝置的正常投入、運行和退出。3.2電流擾動試驗500kV串補站的電子式TA測量系統不僅通過了國家標準的EMC電磁干擾試驗,而且模擬串補平臺的復雜電磁干擾,通過了150kAp,8/20μs典型雷電波電流瞬態大電流響應試驗以及40kA,3s工頻電流大電流干擾試驗。試驗現場圖見附錄A圖A3。串補系統投運前模擬人工接地短路試驗后,取得TA測量系統錄波圖見附錄A圖A4。500kV河池串補站和百色串補站已經投運一年多時間,運行穩定、動作正確。