特高压换流站纯光纤电流互感器缺陷分析及对策研究

特高压换流站纯光纤电流互感器缺陷分析及对策研究

樊宏宇李平伟王成

（国网山西省电力公司检修分公司山西太原030024）

摘要：纯光CT基于法拉第磁光效应中光源偏振角度与磁感应强度成正比的原理设计。纯光纤CT一次侧的传感光纤环绕在一次导线周围，电子单元提供LED光源并接收传感光纤返回的光信号，电子单元通过光探测器检测原光信号和偏转后的光信号差异解析出被测电流，并通过光纤输出至合并单元。本文通过对某换流站纯光纤式电流互感器实际运行过程中的简介、配置、原理、实际运行过程中出现的故障问题介绍，更进一步的对目前特高压直流输电中纯光纤式电流互感器易出现的问题进行分析解决，提出相关整改措施及方案，使某换流站设备运行更加平稳，确保特高压电网的安全、可靠和经济运行。

关键词：换流站；纯光CT；电子单元；传输光纤

0引言

纯光CT采用法拉第磁光效应，对电流通过导体时产生的磁场进行直接的测量，这种测量没有饱和现象。避免了常规电磁式电流互感器铁芯在电力系统故障状态下的铁芯饱和及磁滞回线，可能造成保护的误动或拒动，增加了保护装置的复杂性。而在高压侧无任何电子元器件和户外无源的运行方式，也完全避免了其他类型电子式电流互感器高压侧采集模块需要激光供能所带来的使用寿命和维护问题[1]。与常规充油式的电流互感器相比，具有尺寸小、重量轻的优势，即使在那些占地紧凑的变电所或者更新设备位置受限的场合，都能顺利的安装使用。其良好的抗震性能，能应对各种极端天气或气象灾害的影响。其动态范围宽的特性使其能同时满足高精度计量和保护的双重需求，而对高达100次电网谐波和相角的精准测量，为风电智能电网提供了可靠的基础信息。作为无源式的互感器产品，其无可比拟的优点和标准化数字输出使其成为特高压直流输电工程中重要的组成部分。

目前某换流站内纯光纤式电流互感器设备93台，数量使用较多。直流场极母线用光CT、阀厅外光CT、直流滤波器高压侧光CT、直流滤波器高压电容器不平衡光CT、接地极站址侧光CT均为每点位配置A、B、C三套，分别对应A、B、C三套保护系统及A、B两套控制系统。交流滤波器高压电容器不平衡光CT每点位配置A、B两套，分别对应A、B套保护系统。各直流控制保护、交流滤波器保护电流采样均由其提供，在运行过程中，若出现问题，严重影响特高压直流输电工程平稳运行，特此研究其问题缺陷保障电网安全。

1纯光CT原理结构

图1.纯光CT结构示意图

纯光CT基于法拉第磁光效应中光源偏振角度与磁感应强度成正比的原理设计[2]。纯光纤CT一次侧的传感光纤环绕在一次导线周围吗，如图1所示，电子单元提供LED光源并接收传感光纤返回的光信号，电子单元通过光探测器检测原光信号和偏转后的光信号差异解析出被测电流，并通过光纤输出至合并单元。纯光CT系统主要由传感头、调制器和电子单元三个重要部分组成。电流测量系统中光缆电缆连接如下图2所示：

图2.纯光CT电缆连接图

2故障情况

目前为止，某换流站内纯光CT，因各类原因故障发生7次，故障具体详见表1。

表1.某换流站纯光CT故障统计表

3故障原因分析总结及处理措施

3.1纯光CT本体故障

通过表1可知，某换流站纯光CT一个重要故障点为本体敏感环故障，但此仅出现于站内直流场及直流开关断口测点，原因为直流场光CT本体采用金属环形结构，传感光纤密封在金属环体槽内，由于运输问题，环内光纤发生移位导致传感光纤应力集中，当温度变低时应力增大，光纤回路出现异常。

交流滤波器不平衡测点光CT本体不采用金属环形结构，在运输过程中不易发生传感光纤移位现象，目前未发现此问题。如下图所示：

直流场及直流开关断口测点光CT交流滤波器不平衡测点光CT

图3.不同区域纯光CT结构不同

为防止本体传感光纤因运输发生移位，需保证包装运输过程中环体水平摆放如图4，并在备品更换前开环检查确认槽内光纤未发生移位现象，否则应进行整理，确保纯光CT在金属敏感环内未发生偏移。

运输时水平放置防止移位更换前开环检查光纤并整理

图4.纯光CT排放位置及光纤检查

某换流站对站内纯光CT本体故障更换前，对备品本体传感光纤进行开环检查并整理如图4，在运输前重新对本体包装进行固定，使其保持水平摆放（出厂包装为竖直放置，运输时颠簸易转动移位），确保更换后不再发生同类问题。

3.2传输光纤受损

某换流站内交流滤波器不平衡测点纯光CT故障原因大部分由于光缆入地处与入地钢护管之间防水密封不严如图5，造成地下穿管进水冻胀后导致传输光纤受损，致使测量数据无效。直流场光CT此段光缆采用槽盒入地直接与电子单元相连，故不存在此问题。

交流滤波器场光CT入地穿管直流场及直流开关断口光CT

无防水封堵由槽盒入地

图5.交直流场纯光CT入地穿管情况

针对入地穿管进水冻胀导致纯光CT故障，现场改用备用穿管，采用格兰头封堵进水部位，对就地光纤接线盒下沙井重新填铺，彻底解决故障隐患。对于其余小组光CT同类隐患，检修时进行上述改造。目前此类问题再无出现。

5624改换备用穿管并采用就地光纤接线盒下沙井重新填铺

格兰头封堵

图6.交流滤波器场纯光CT入地处理措施

此外从表1中，某换流站内还存在光缆就地接线盒至电子单元段光纤受损，根据光纤受损点定位检查，判断为光纤弯折处或熔接点在低温时受损，经更换光缆备用芯并重新熔接后故障消除。

3.3电子单元故障

某换流站内由于电子单元程序设置的数据无效自检周期过长，导致测量数据正常/异常与保护投入/退出不能实时精确对应，保护投入时收到异常数据造成保护误动。同时电子电子单元内部光源模块故障引起数据无效，造成保护告警等。

针电子单元故障等问题，经厂家与现场人员分析，为自检周期恢复延时时间设置不当以及光源模块电源线压接工艺不成熟造成。将电子单元数据无效恢复延时时间从1秒为单位修改为1毫秒为单位，缩小装置告警自检周期，在数据异常情况下及早发现并退出相关保护。同时，增加数据无效恢复延时，保证保护投入时收到的测量数据已恢复正常，避免误动。针对电源线压接工艺进行重新压接后，问题均已处理完成。某换流站针对实际问题进行针对性整改后后，再无相关报警等出现。

4总结

目前，某换流站历次纯光CT故障原因及相应措施均已明确，相关设备缺陷也已消除，全部光CT运行参数良好。针对纯光CT做为新兴产品在特高压直流输电系统内运用，还有进一步完善和优化地方：

1）纯光CT初次大面积在冬季寒冷地区进行使用，此防寒试验应进一步优化，保障在极恶劣天气下依然能稳定运行。

2）纯光CT的电子单元软件管理有待提高，软件各类程序应固化，版本号应明确，以便于现场运维人员使用管理等。

3）纯光CT施工标准应有待提高，在施工、运输、试验中应有相关标准规范进一步提高设备质量问题，保证设备运行可高性。

参考文献

[1]习超群,程炯,杨世贵.光电流互感器在换流站直流滤波器中的应用及故障原因分析[J].电网技术,2008,32(6):17-19.

[2]程炯,杨世贵,程航.光电流互感器在直流输电中的应用及故障分析[J].电力科学与工程,2008,10(12):60-64

作者简介

李平伟，男，研究生，山西省电力公司检修分公司。

樊宏宇，男，大学本科，山西省电力公司检修分公司。

王成，男，大学本科，山西省电力公司检修分公司。