高壓直流工程光電流互感器國產化改造淺析

戚 菲 國家電網湖北省電力公司檢修公司

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高壓直流工程光電流互感器國產化改造淺析

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【文章摘要】

【關鍵詞】

CT；光電流互感器；改造

1.進口光電流互感器設計原理

光電流互感器（optical current transfomer）的測量回路由三部分組成，光CT本體、光纖回路、測量保護主機內的光接口板。

在交流濾波器內使用了瑞典ABB公司生產的光CT，光CT內部有一傳統的CT和一個電阻用于測量，測量信號經過A/D轉換和光電轉換后通過光纖接入到測量保護主機內部的SG101板卡。

SG101板卡可以采集6路電流，用一根光纖傳輸光功率和光脈沖，以870nm的波長接收遠端模塊下發的被測交流電流等數字信號，同時以780nm波長上送激光功率給遠端模塊供電，兩個波長比較相近，因此對光纖傳輸回路質量要求比較高。一塊SG01板卡就可采集一組交流濾波器的三相高端電流和三相不平衡電流。

2.進口光CT常見故障

三常直流輸電工程中進口光CT故障率較高，常見的故障類型有：誤碼率高、測量故障及光CT本體故障。

（1）誤碼率高。在光CT運行的過程中，光纖不僅傳輸光功率，還傳輸光脈沖數據，所以光CT對光纖的要求很高。由于光纖頭不清潔或損壞等原因導致光纖衰耗過大因此會出現光誤碼率高如果只是時間間斷的出現誤碼率時，則光CT還可繼續運行，如果在一段時間（20ms）內連續出現誤碼率，則會導致改通道的關閉，該光CT就不會繼續運行。

（2）測量故障。光CT傳感器故障或運行不穩定，導致光CT測量電流不正確，從而引起交流濾波器差動保護誤動作或交流濾波器電容器不平衡保護誤動作。

（3）光CT本體故障。三常直流輸電工程中交流濾波器光CT內部的遠方模塊出現故障較多，故障主要是光CT板卡本身電子元件質量問題，尤其在夏季高溫天氣時容易出現故障。

3.國產化光CT介紹

三常直流輸電工程中國產化改造使用的是南瑞繼保公司生產的光電流互感器。該光電流互感器主要由低功率電流互感器、遠端模塊及合并單元（替代了進口的SG101板卡）組成。其中合并單元放置在設備室內，采用光纖和遠端模塊相連接。CT采樣獲得的信號經合并單元送二次控制保護設備。

國產化光電流互感器主要由四部分組成：

（1）一次傳感器。一次傳感器位于高壓側，濾波器電子式電流互感器采用低功率電流互感器（LPCT）傳感被測電流信號。

（2）遠端模塊。遠端模塊也稱一次轉換器，位于高壓側。遠端模塊接收并處理LPCT的輸出信號，遠端模塊的輸出為串行數字光信號。遠端模塊的工作電源由合并單元內的激光器提供。

（3）光纖絕緣子。絕緣子為內嵌光纖的復合絕緣子。絕緣子內嵌24根62.5/125um的多模光纖（其中12根FC頭光纖，12根ST頭光纖），實際一般使用8根光纖（4根傳輸激光，4根傳輸數字信號），其余光纖備用。光纖絕緣子高壓端光纖以FC頭連接遠端模塊的POWER口，以ST頭連接遠端模塊的DATA口，低壓端光纖以熔接的方式與光纜對接。

（4）合并單元。合并單元置于控制室，合并單元一方面為遠端模塊提供供能激光，另一方面接收并處理互感器遠端模塊下發的數據，并將測量數據按規定的協議（ΙEC60044-8 或TDM總線）輸出供二次設備使用。合并單元的輸出信號采用62.5/125um多模光纖傳送，接頭為ST型。

4.國產化光CT改造方案

國產化光CT改造采用整體更換方案，即更換包括傳感頭、光纖絕緣子、光纜終端箱在內的所有CT零部件，改造CT的絕緣支架安裝接口、一次軟導線安裝接口、光纜終端箱安裝接口等按照原CT設計制造，總長度和原CT一致。

一次母線規格及尺寸根據三常直流輸電工程現場實際配置需要確定，互感器出線為兩根光纜，用金屬波紋管（外徑35mm）保護，出線光纜的長度根據現場工程需要確定，絕緣子接地螺孔規格為M8，接地線需可靠固定于基礎接地端，并用固定鋼索固定絕緣子下端法蘭銷孔于基礎上，為安裝方便，鋼索接頭設計成長度可調型式，光纜熔接箱、懸掛端安裝位置及接口可根據現場實際結構進行調整。

改造后每個測點將配置四個遠端模塊，其中兩個分別用于A、 B系統，另外兩個用于熱備用。

每一小組交流濾波器保護按照雙重化配置，合并單元1面屏柜，每面屏柜配置2臺合并單元裝置，每臺合并單元負責與一套測量保護系統接口，接口示意如下圖：

當光CT現場設備全部安裝完畢后，進行進行一次注流試驗，對首端CT注流時，將尾端CT串聯同時注流以便校驗CT性能差異。

注流試驗時，檢查合并單元接收到的電流值是否正確，合并單元顯示的是一個數值編碼，需要根據遠端模塊的型號確認CT數值變比系數進行換算。

當合并單元接收到的數據經過驗證無誤之后，檢查控制保護主機接收的電流值是否與合并單元顯示的一樣，如果有差別，需要檢查變比系數，并檢查控制保護主機的測量精度是否滿足要求并調整末端電磁式CT的延時，確保首端和末端電流差值最小。

改造后的光CT具有完善的自監視功能，便于運行監視及故障維護。監視參數包括：激光驅動電流、接收數據電平、遠端模塊溫度、激光器溫度、奇偶校驗出錯次數、丟幀出錯次數、接收數據電平狀態、激光器驅動電流狀態、激光器溫度狀態、遠端模塊功率狀態、遠端模塊溫度狀態等。

5.結語

從目前國產化光CT運行情況來看，故障率已大大降低，并增加更實用的監測參數，比如：光CT遠端模塊溫度等，保障了該設備在系統中的安全穩定。

圖1　交流濾波器合并單元接口

【參考文獻】

［1］楊世皓.高壓直流光電電流互感器的運行原理及現場檢驗方法.上海電力.2011-02-20.

［2］李文升.220kV GIS用電子式電流電壓互感器在午山數字化變電站中的應用.電力系統保護與控制.2010-08-16.

［3］蔣鋒.淺談電子式電流互感器的應用現狀及前景.機電信息.2010-12-25.

本文通過介紹湖北電力公司所屬三常直流輸電工程中光電流互感器（以下簡稱光CT）設備國產化改造，進一步總結現場常見的光CT故障及國產化改造經驗。希望能夠對同類型設備的運行維護，技術更新起到一定的參考作用。