換流變鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常原因分析及對(duì)策

張小輝，王茂軍，高 強(qiáng)，劉 齊，原 峰

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

換流變鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常原因分析及對(duì)策

張小輝，王茂軍，高 強(qiáng)，劉 齊，原 峰

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

通過(guò)對(duì)高嶺換流站換流變壓器鐵芯和夾件接地電流波形的測(cè)量和分析，查找換流變安裝運(yùn)行的某型鐵芯、夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量結(jié)果異常的原因，提出應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司制定的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置性能檢測(cè)方案提出改進(jìn)意見(jiàn)。

換流變壓器；鐵芯接地電流；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常；原因及對(duì)策

變壓器鐵芯、夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)變壓器鐵芯、夾件接地電流變化情況，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯、夾件是否存在多點(diǎn)接地情況，已經(jīng)在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，并逐漸取代人工巡檢變壓器鐵芯、夾件接地電流的工作［1-2］。但此類在線監(jiān)測(cè)裝置在高嶺換流變電站安裝運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)存在設(shè)計(jì)不夠合理，性能檢測(cè)方案不夠完善等問(wèn)題。

表1 鐵芯接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比 mA

1 問(wèn)題分析

高嶺換流站24臺(tái)單相換流變?cè)谕ｋ姍z修期間，安裝了鐵芯及夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置，共48臺(tái)。裝置安裝投運(yùn)后，站內(nèi)運(yùn)行人員在使用鉗形電流表對(duì)換流變鐵芯和夾件接地電流進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分檢測(cè)數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在較大差異。見(jiàn)表1和表2。

從表1和表2可以看出，部分換流變鐵芯和夾件接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相差較小，考慮到兩種測(cè)量方法受到儀器性能、測(cè)量位置和電磁環(huán)境等因素的影響，屬于合理范圍內(nèi)。但010B，011B，020B，021B，030B，040B組換流變鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，010B組換流變A相，041B組換流變 A相的鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，041B組換流變B相和C相夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均與鉗形電流表檢測(cè)數(shù)據(jù)相差較大，最大已達(dá)10余倍。因此，需要分析造成差異的原因，確定在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性和有效性。

表2 夾件接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比 mA

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及原因分析

由于高嶺換流站與常規(guī)變電站電磁環(huán)境不同，換流變壓器運(yùn)行條件與常規(guī)電力變壓器也不盡相同。分析換流變鐵芯和夾件接地引下線內(nèi)可能含有直流分量或高次諧波分量［3］?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行的在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)量較多，且型號(hào)相同。因此，首先選擇存在典型問(wèn)題的030B組換流變A相和C相進(jìn)行研究分析。

采用霍爾傳感器和交直流鉗形電流表分別對(duì)030B組換流變A相和C相鐵芯和夾件接地引下線的電流進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示鐵芯和夾件接地電流中的直流分量幅值很小，忽略不計(jì)；因此，排除了直流分量對(duì)裝置測(cè)量結(jié)果的影響。

為了分析高次諧波對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響，將在線監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)置的電流互感器與裝置主板接口斷開(kāi)，采用示波器對(duì)電流互感器輸出信號(hào)波形進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 測(cè)量原理

在測(cè)量中，將示波器設(shè)置為：X軸2 ms/div，Y軸200 mV/div。A相鐵芯接地電流波形測(cè)量結(jié)果如圖2所示。

從圖2可看出030B組換流變A相的鐵芯接地電流含有大量高次諧波分量；采用示波器對(duì)電流波形進(jìn)行頻譜分析，分析結(jié)果如圖3所示。

圖2 030B組換流變A相鐵芯接地電流波形

圖3 030B組換流變A相鐵芯接地電流頻譜分析

采用同樣方法分別對(duì)030B組換流變A相夾件接地電流，C相鐵芯接地電流和夾件接地電流進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量和分析結(jié)果如圖4—9所示。

從上述示波器電流波形測(cè)量和頻譜分析結(jié)果看出，換流變鐵芯和夾件接地電流除了含有基波成分外，還含有大量高次諧波，其最高頻率達(dá)3 kHz，且部分高次諧波分量的幅值大于基波分量幅值。

對(duì)030B組換流變A相鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量單元的原始測(cè)量數(shù)據(jù)讀取時(shí)發(fā)現(xiàn)，裝置控制器采集的256組16進(jìn)制數(shù)據(jù)，大部分是0xff，這說(shuō)明裝置電流互感器輸出端的電流信號(hào)幅值經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)調(diào)理電路后，超出了裝置控制器的測(cè)量范圍，進(jìn)而導(dǎo)致裝置測(cè)量結(jié)果與檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異。裝置測(cè)量單元工作原理如圖10所示。

圖4 030B組換流變A相夾件接地電流波形

圖5 030B組換流變A相夾件接地電流頻譜分析

圖6 030B組換流變C相鐵芯接地電流波形

圖7 030B組換流變C相鐵芯接地電流頻譜分析

圖8 030B組換流變C相夾件接地電流波形

圖9 030B組換流變C相夾件接地電流頻譜分析

圖10 裝置測(cè)量單元工作原理

圖10中的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路主要作用是將電流互感器輸出端的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路主要作用是根據(jù)控制器發(fā)出的指令，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換檔位，將電壓輸入信號(hào)幅值進(jìn)行適當(dāng)放大或衰減；信號(hào)調(diào)理電路主要作用是將信號(hào)幅值調(diào)至適當(dāng)測(cè)量范圍內(nèi)，以供控制器進(jìn)行采集計(jì)算［4］。

通過(guò)對(duì)裝置測(cè)量單元的工作原理和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，裝置的電流有效值最大量程為10 A，而高嶺換流站的換流變鐵芯和夾件接地電流有效值均不大于100 mA，遠(yuǎn)未達(dá)到裝置的最大量程；但是裝置設(shè)計(jì)的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路和編寫(xiě)的軟件算法，是以電壓輸入信號(hào)的基波幅值作為檔位切換依據(jù)，沒(méi)有考慮諧波分量帶來(lái)的影響；而高嶺換流站高次諧波含量較大，且高次諧波的幅值也較大，與基波幅值相比，已經(jīng)無(wú)法忽略。當(dāng)控制器以電壓輸入信號(hào)基波幅值作為檔位切換依據(jù)，發(fā)出放大信號(hào)指令時(shí)，電壓輸出信號(hào)中基波分量和高次諧波分量的幅值將同時(shí)被放大，從而造成經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后的電壓信號(hào)幅值超出了裝置控制器的測(cè)量范圍，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

3 整改對(duì)策

確定問(wèn)題原因后，將裝置量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的檔位切換依據(jù)由電壓輸入信號(hào)的基波幅值改為峰值，從而使經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的電壓信號(hào)幅值保持在控制器測(cè)量范圍內(nèi)；同時(shí)對(duì)裝置軟件算法程序重新進(jìn)行了修改和調(diào)試。整改后的裝置測(cè)量數(shù)據(jù)與重新檢測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

由于受到現(xiàn)場(chǎng)干擾因素的影響，導(dǎo)致表3中部分檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，無(wú)法有效記錄；而在線監(jiān)測(cè)裝置顯示的數(shù)據(jù)則較為穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)比裝置整改后的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與鉗形電流表檢測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者測(cè)量結(jié)果的一致性得到明顯改善，說(shuō)明裝置在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常原因分析結(jié)論的正確性和整改應(yīng)對(duì)措施的有效性。

表3 整改后的鐵芯接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比 mA

表4 整改后夾件接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比 mA

4 結(jié)論

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，換流變壓器鐵芯和夾件接地電流含有大量高次諧波，而且部分高次諧波的幅值較大，而普通鉗形電流表由于受到高次諧波的影響，容易造成檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)不穩(wěn)定或者與真實(shí)結(jié)果存在差異等情況［5］，給換流變鐵芯和夾件運(yùn)行情況的狀態(tài)評(píng)價(jià)工作帶來(lái)困難。

變壓器鐵芯和夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置在采用合理的測(cè)量原理和計(jì)算方法的情況下，能夠測(cè)量出變壓器鐵芯和夾件接地電流的真實(shí)值，可以為換流變的狀態(tài)評(píng)價(jià)工作提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

需要說(shuō)明的是，高嶺換流站安裝運(yùn)行的變壓器鐵芯和夾件接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置，依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 540.1—2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置檢驗(yàn)規(guī)范 第1部分：通用檢驗(yàn)規(guī)范》［6］，已經(jīng)通過(guò)了中國(guó)電力科學(xué)研究院的性能檢測(cè)試驗(yàn)，并取得檢測(cè)報(bào)告。由此反映出目前針對(duì)此類在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)施的性能檢測(cè)方案還需進(jìn)一步完善。在檢驗(yàn)裝置測(cè)量范圍和測(cè)量誤差時(shí)，不僅只施加基波電流信號(hào)，還應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量環(huán)境，加入諧波干擾信號(hào)，以充分驗(yàn)證在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性和有效性。

［1］王茂軍，高 強(qiáng)，耿寶宏.基于WIA的變壓器鐵心接地電流監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用 ［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（10）：30-32.［2］耿寶宏，張軍陽(yáng)，高 強(qiáng).變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析 ［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（1）：23-26.

［3］王寧之.換流變壓器和平波電抗器研制簡(jiǎn)介 ［J］.變壓器，2007，44（2）：5-7.

［4］周志強(qiáng)，高 強(qiáng)，張軍陽(yáng)，等.變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置及其監(jiān)測(cè)方法 ［P］.中國(guó)專利：ZL201110210033.5，2014-02-12.

［5］國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù) ［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2014.

［6］王茂軍，高 強(qiáng)，耿寶宏.變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置電磁兼容試驗(yàn)與研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（9）：14-16.

Reason Analysis and Countermeasures on Monitoring Abnormal Date of Converter Transformer Core Grounding Current

ZHANG Xiaohui，WANG Maojun，GAO Qiang，LIU Qi，YUAN feng
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Through the measurement and analysis of converter transformer core and clamps the grounding current waveform in Gaoling converter station，the reason of the abnormal monitoring data are analyzed.This paper provides the solution and the suggestions for the testing specification that is constituted by the State Grid Corporation.

converter transformer；core ground current；abnormal monitoring data；reason and countermeasures

TM76

A

1004-7913（2017）03-0059-04

張小輝（1975），男，碩士，高級(jí)工程師，從事輸變電設(shè)備技術(shù)研究。

2017-01-05）