±500kV換流站不平衡光CT故障原因分析

孫少晗，張功望，楊東斌

（西安輸變電運(yùn)行公司，陜西西安710075）

±500kV換流站不平衡光CT故障原因分析

孫少晗，張功望，楊東斌

（西安輸變電運(yùn)行公司，陜西西安710075）

隨著電力系統(tǒng)電壓等級的升高和傳輸容量的不斷增大，以及科學(xué)技術(shù)的不斷更新，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器（CT）暴露的一系列缺點(diǎn)越來越突出：高壓絕緣復(fù)雜、故障電流下鐵心易磁飽和，以及存在磁滯現(xiàn)象等等。相比之下，新型光學(xué)電流互感器（Optical Current Transformer，光CT）在這些問題上就具有絕對的優(yōu)勢。新型光學(xué)電流互感器具有絕緣性能優(yōu)良、無暫態(tài)磁飽和問題、動(dòng)態(tài)測量范圍大、頻率響應(yīng)寬、抗電磁干擾強(qiáng)、安全性能好、體積小、重量輕、易與數(shù)字設(shè)備接口等優(yōu)點(diǎn)[1]，被認(rèn)為是傳統(tǒng)電磁式電流互感器（CT）的理想替代品。光CT作為測量電流的新型設(shè)備，在目前的±500kV直流輸電系統(tǒng)[2]中得到了廣泛的應(yīng)用。

本文以寶雞換流站為例進(jìn)行介紹，寶雞換流站雙極共配置4組直流濾波器，用來濾除換流閥在直流側(cè)產(chǎn)生的12、24次和12、36次諧波。不平衡光CT每組濾波器配置1套，完成直流濾波器電容器組不平衡電流的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，用于直流控制保護(hù)系統(tǒng)，包括控制、保護(hù)、測量、錄波等[3-4]。

1 光CT原理介紹

光CT作為電子式互感器的一種，主要由3部分組成：高精度分流器與光電模塊、信號傳輸光纜、光接口模塊[5]。直流濾波器電容不平衡電流采用光CT進(jìn)行測量，在一次回路中串聯(lián)一個(gè)電阻，通過測量電壓來反映電流的大小，測量信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換及光電轉(zhuǎn)換后，通過光纖接入控制室光接口模塊，即合并器，由合并器將不平衡電流通過光纖以TDM格式送往直流濾波器保護(hù)、監(jiān)控及故障錄波裝置。每一個(gè)光CT在運(yùn)行人員工作站（OWS）界面上應(yīng)有用于監(jiān)視光CT運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)，如光功率、光電流、采樣脈沖峰值、數(shù)據(jù)脈沖峰值及誤碼率等。

圖1 光CT原理圖Fig.1 Schematic diagram of optical CT

2 故障現(xiàn)象及處理過程

2010年3月15日以來，寶雞換流站監(jiān)控系統(tǒng)多次報(bào)出“極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)采樣出錯(cuò)”，其中嚴(yán)重故障8次，造成7次極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)退出運(yùn)行，1次直流濾波器被迫停運(yùn)?，F(xiàn)場曾采取更換采集器、合并器，增大光功率插件發(fā)射功率及多次更換光纖備用芯等措施，問題仍無法徹底解決。故障及處理過程如下：

1）2010年3月15日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A采樣出錯(cuò)，合并器面板告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。檢查發(fā)現(xiàn)光路不通，更換備用光纖后設(shè)備運(yùn)行正常。

2）2010年3月28日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A采樣出錯(cuò)，合并器面板告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。測試分析后發(fā)現(xiàn)A系統(tǒng)第一臺裝置啟動(dòng)電流太大（17mA），其他三臺為10mA，更換采集器后報(bào)警消除。

3）2010年4月28日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A采樣出錯(cuò)，合并器面板告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。檢查發(fā)現(xiàn)一條光路不通，將極Ⅰ第一組直流濾波器不平衡光CT戶外光纜熔接盒光纖進(jìn)行重新熔接后故障消失。

4）2010年4月29日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A采樣出錯(cuò)，合并器面板告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)第二套合并器激光發(fā)射功率太低，由800mW調(diào)至1100mW后正常。

5）2010年4月30日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)B采樣出錯(cuò)，合并器面板告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。檢查發(fā)現(xiàn)激光功率太低，將第三、第四套合并單元光功率由原來的800mW調(diào)至1100mW。

6）2010年5月1日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A采樣出錯(cuò)，合并器告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。檢查發(fā)現(xiàn)激光功率太低，將第一套合并單元光功率由原來的800mW調(diào)至1100mW。

7）2010年5月2日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A采樣出錯(cuò)，合并器告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。測試發(fā)現(xiàn)三路光纖不通，備用光纖數(shù)量不夠，無法現(xiàn)場修復(fù)。隨即將極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)A退出運(yùn)行。

8）2010年5月5日，極Ⅰ第一組直流濾波器保護(hù)B采樣出錯(cuò)，合并器告警燈亮，告警菜單顯示“REMOTE ERR”。由于5月2日已將保護(hù)A退出運(yùn)行，造成2套保護(hù)均退出運(yùn)行，根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行導(dǎo)則要求，一次主設(shè)備不得無保護(hù)運(yùn)行，被迫將極I第一組直流濾波器退出運(yùn)行。

3 故障原因分析

±500kV換流站每組直流濾波器不平衡光CT配備4個(gè)通道，每通道由獨(dú)立的采集器、光纖、合并器組成。在光CT頻繁故障中，均出現(xiàn)“REMOTE ERR”信號，表示合并器無法正確接收采集器發(fā)送來的數(shù)據(jù)。光CT工作時(shí)，從光CT本體采集器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶喜⑵鞯倪^程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤時(shí)，就會出現(xiàn)誤碼，若只是間斷性出現(xiàn)誤碼，該通道仍可繼續(xù)運(yùn)行，若在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)誤碼，則會導(dǎo)致該通道關(guān)閉，合并器接收數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致“REMOTE ERR”信號出現(xiàn)。

從圖2分析可知，光CT故障可能出現(xiàn)的原因有：采集器故障；合并器輸出光功率不足，導(dǎo)致采集器無法正常工作；采集器頂部、底部熔接盒光纖熔接不合格；頂部至底部澆注式光纜或底部熔接盒至屏柜熔接盒主光纜纖芯衰耗大，工作不穩(wěn)定；尾纖質(zhì)量不合格、接觸不好。3月15日至5月5日，對于出現(xiàn)的故障，由于時(shí)間倉促，采取了更換備用光纖、調(diào)節(jié)光功率、更換采集器等方法進(jìn)行恢復(fù)，確保直流濾波器正常運(yùn)行。5月5日極I第一組直流濾波器退出運(yùn)行后，現(xiàn)場用OTDR（光時(shí)域反射儀）對12條光纖進(jìn)行了全面測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有3條光纖存在強(qiáng)度衰減或斷點(diǎn)，2條為數(shù)據(jù)線，1條為激光供電線，其中數(shù)據(jù)線的衰減點(diǎn)定位在澆注式光纜的頂部與采集器之間0～1m處，激光供電線的衰減點(diǎn)定位在澆注式光纜底部的光線熔接盒0～2m處。通過測試分析，發(fā)現(xiàn)光CT存在制造質(zhì)量問題[6]：

圖2 光CT光纜連接圖Fig.2 Optical cable connection diagram of optical CT

1）澆注式光纜頂部0～1m的光纖未能嚴(yán)格按圓形（直徑大于5cm）或橢圓形盤繞固定，致使長期運(yùn)行在引力作用下導(dǎo)致光纖斷裂；同時(shí)尾纖端部未用酒精棉擦試，輕則造成光傳輸損耗增大，重則造成光路不通。

2）澆注式光纜底部0～2m的光纖熔接盒中光纖盤繞走線不專業(yè)，光纜固定不牢，受風(fēng)力及其他外力作用時(shí)，造成光纜向兩側(cè)拉抻，從而使原先盤好的光纖變形、扭曲或斷裂。另外熱脹冷縮也會造成光纖變形、扭曲或斷裂。

3）光纜施工中存在彎曲半徑過大、擠壓，纖芯存在雜質(zhì)、不均勻，熔接中存在虛接等現(xiàn)象，造成光纖衰減過大，引起通信業(yè)務(wù)中斷[7]。

4）合并器激光功率輸出不穩(wěn)定，存在功率漂移現(xiàn)象，發(fā)送功率無法與采集器形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，造成采集器運(yùn)行不穩(wěn)定。

5）合并器對發(fā)現(xiàn)的異常信息未及時(shí)儲存上送運(yùn)行人員工作站（OWS），造成故障分析困難。

6）采集器電源轉(zhuǎn)換器受外部環(huán)境溫度影響較大，溫度高時(shí)轉(zhuǎn)換效率較低。

4 解決方案

為徹底解決問題，西安輸變電運(yùn)行公司多次組織設(shè)計(jì)、施工、廠家技術(shù)人員進(jìn)行分析，并結(jié)合故障現(xiàn)象，提出以下改進(jìn)方案：

1）改進(jìn)光纖澆注工藝，將束裝24芯光纖（如圖3所示）灌注到絕緣子中，改變以前將24根光纖分散平行地灌澆在絕緣子中的工藝，頂部的光芯直接帶ST和FC接頭，減少光纖熔接點(diǎn)，易于故障排查處理。

圖3 光纜結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Optical cable schematic

2）在采集器中增加溫度檢測功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測采集器由于光電轉(zhuǎn)換和電阻發(fā)熱所引起板卡溫度變化的情況。

3）對激光供電模塊進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，由以前的定功率變?yōu)閯?dòng)態(tài)自適應(yīng)，解決由于外界運(yùn)行環(huán)境變化引起采集器工作異常情況。

4）對合并器界面顯示菜單進(jìn)行優(yōu)化，增加異常及故障信息自動(dòng)存儲、錄波功能，同時(shí)將信息通過網(wǎng)絡(luò)形式送至運(yùn)行人員工作站（OWS）。

5）工廠內(nèi)搭建試驗(yàn)測試平臺，模擬現(xiàn)場運(yùn)行情況，組織專家對完善后的整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場測試驗(yàn)收，考察光CT整體運(yùn)行穩(wěn)定性及監(jiān)控信息完整性，確保產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定后對現(xiàn)場進(jìn)行一次性更換處理。

5 結(jié)論與建議

經(jīng)過對改進(jìn)后的光CT進(jìn)行了30天的工廠測試驗(yàn)收，2010年6月中旬，對極I第一組不平衡光CT進(jìn)行了整體更換，新的光CT對光纜澆注工藝、采集器、合并器進(jìn)行了改進(jìn)，絕緣子頂部的光纖直接帶有ST和FC接頭，減少熔接點(diǎn)，提高了設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定性。鑒于國內(nèi)±500kV換流站光CT設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)故障較多，為了保障光CT及直流濾波器保護(hù)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，特提出以下建議：

1）在安裝敷設(shè)光纖、光纜過程中必須注意光纜彎曲度，采取措施提高光纖接頭制作工藝，并檢查接頭衰耗率。

2）對于光CT測量回路光纖，每次拔出后必須戴好護(hù)套，防止碰撞光纖頭或灰塵入侵；插回以前使用無水乙醇及專用清潔紙張對光纖頭進(jìn)行清潔。

3）在巡檢中對光纖的彎曲度進(jìn)行檢查，尤其是年度檢修過程中，對所有光纖彎曲度和周圍溫度進(jìn)行系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

4）建議在工程設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少光纖的中間轉(zhuǎn)接點(diǎn)，并選用性能優(yōu)良的光纖及尾纖。

5）做好光CT的防雨防潮工作。設(shè)備停電檢修時(shí)檢查光CT接線盒密封情況，更換接線盒內(nèi)的干燥劑，恢復(fù)時(shí)確保密封良好。

6）定期對光CT的所有數(shù)據(jù)，包括有光功率、光電流、光脈沖、峰值、誤碼率進(jìn)行監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

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Analysis of Failures on the Unbalanced Optical CT in the±500kV Converter Station

SUN Shao-han,ZHANG Gong-wang,YANG Dong-bin
（Xi′an Power Transmission Operation Company,Xi′an 710075,Shaanxi Province,China）

This paper describes differences between the electromagnetic CT and the optical CT,the working principles of the optical CT,and the connection between the optical CT and the primary and secondary systems of the power system.The paper mainly reviews the abnormalities of the optical CT in operation,treatments of these abnormalities and precautions in the maintenance.Through the theoreticalanalysis,field experiments and other methods,it is found that the imbalanced ray-CT has problems in its casting method in method,the principle of power supply and the self-test of the equipment.Properimprovementmeasureshavebeen taken and the operation stability of the device has been enhanced.

optical CT;OTDR;failure analysis

介紹了電磁式CT與光CT的區(qū)別、光CT的原理、光CT與電力一次、二次系統(tǒng)之間的連接方式，重點(diǎn)對光CT運(yùn)行中出現(xiàn)的異常、處理方法及維護(hù)過程注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)。通過理論分析、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)不平衡光CT在澆注方式、激光供電原理、設(shè)備自檢等方面存在問題，并加以改進(jìn)，提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

光CT；OTDR；故障分析

1674-3814（2011）11-0046-04

TP212.14

B

2010-11-30。

孫少晗（1973—），男，工程師，研究方向?yàn)橹绷鬏旊娍刂票Ｗo(hù)及自動(dòng)化；

張功望（1964—），男，高級工程師，研究方向?yàn)榻恢绷鬏旊娨?、二次設(shè)備；

楊東斌（1972—），男，高級工程師，研究方向?yàn)榻恢绷鬏旊姸卧O(shè)備。

（編輯 馮露）