DCB內置式全光纖電流互感器異常處理及防范措施分析

謝宇翔（國網湖南省電力公司經濟技術研究院，湖南長沙410004）

DCB內置式全光纖電流互感器異常處理及防范措施分析

謝宇翔（國網湖南省電力公司經濟技術研究院，湖南長沙410004）

隨著智能變電站的進一步發展，模塊化建設與新技術應用成為時下研究應用的重點，其中隔離斷路器（DCB）內置光纖電流互感器秉承集約化的原則，在新一代智能變電站中廣泛應用。本文介紹了DCB內置式全光纖電流互感器原理，對運行中常見故障點進行了分析，并提出了工程建設及運維過程中的防范措施。

DCB；熔接點；異常

為解決常規電流互感器存在高低壓隔離、無法自診斷、集成度不高、體積大等問題，DCB內置式全光纖電流互感器利用法拉第磁光效應及安培環路定理，采用敏感光纖作為一次傳感器對高壓電流進行非介入式測量，具備強絕緣能力，具有突出的抗快速暫態過電壓電磁干擾性能及可靠性；通過將光纖電流互感器與DCB高度集成，提升了設備的集成一體化、智能化、可靠性水平，具有突出的技術優勢和廣闊的應用前景［1］。本文介紹了DCB內置式全光纖電流互感器原理，對常見故障點進行了分析，并提出了工程建設及運維過程中的防范措施。

1 全光纖電流互感器異常告警原理

圖1全光纖電流互感器原理圖

圖1 中，光源發出的光信號通過耦合器、波導、延遲環進入光纖敏感環，經過敏感環末端的反射鏡反射后，光信號再沿延遲環、波導、耦合器進入探測器。探測器將光信號轉換成電信號，經A/D變換后進行數據處理和輸出。光電模塊通過檢測探測器處通過的光強情況分析，即可測試對應的電流的大小。

進入到探測器的光信號中包含了攜帶法拉第磁光效應信息的有效干涉光信號和由于光路反射、交叉耦合等引起的雜散光信號。全光纖電流互感器基于對返回到探測器的有效干涉光信號的光功率判斷，當有效干涉光信號的光功率值低于設定門限時，光功率計數值增加，當光功率計數值達到光路告警門限時，全光纖電流互感器輸出數據的狀態字的光路告警標志位置位，通過合并單元發送光路告警GOOSE信息。

2 常見故障點分析

敏感環和反射鏡位于隔離斷路器內，通過預埋在絕緣子中和敷設在線槽中的鎧裝保偏光纜引入光電模塊，如圖2所示。其它光學元器件：光源、探測器、耦合器、Y波導、延遲環等集成在光電模塊中。各個光學元器件之間通過光纖熔接點相連，主要的熔接點包括：敏感環與絕緣子之間的熔接點、鎧裝保偏光纜與絕緣子之間的熔接點（熔點1）、鎧裝保偏光纜與延遲環之間的熔接點（熔點2）、延遲環與耦合器B之間的熔接點、耦合器B與Y波導之間的熔接點、Y波導與耦合器A之間的熔接點、耦合器A與光源之間的熔接點、耦合器A與探測器之間的熔接點等。當上述熔接點熔接不可靠或熔接點處光纖彎曲半徑過小時會引起整個光路的損耗增加，直接導致光路出現異常。此外，光源、探測器、耦合器A、耦合器B、Y波導、延遲環等光學元器件由于個體缺陷，其性能指標在產品使用過程中會逐漸劣化，從而引起整個光路的損耗增加。

圖2DCB集成光纖電流互感器結構圖

如上所述，影響光纖系統的穩定性主要在各熔接點以及元器件的可靠性方面。

3 影響范圍及防范措施

3.1 影響范圍

電流互感器作為保護系統反映一次電流的重要元件，對系統的穩定運行起著至關重要的作用。而智能變電站中的光纖互感器區別于常規互感器，雖不會造成反充電等嚴重故障，但其異常將直接影響繼電保護裝置的動作行為、計量表計的正確運轉，甚至大面積停電事件，且必須停電消除缺陷，給電網帶來的影響極大。

3.2 防范措施

①提高工程建設過程中熔接點的熔接質量及熔接點在運行過程中的防護程度，確保光纖通道的穩定性。主要指如圖2中熔接點1、2等需工程現場完成的熔接點。②嚴格控制熔接作業環境，確保熔接過程中環境的溫度、濕度、潔凈度滿足作業要求，切不可因為搶進度而造成雨天作業、交叉作業等情況的出現。③注重保偏光纜的安裝工藝，嚴格采用鎧裝屏蔽光纜，使用鍍鋅鋼管埋地敷設，彎曲處注意保持彎曲半徑，接口處封堵嚴密，光纜敷設路徑應盡量減少迂回。④確保敏感環、反射鏡以及光電模塊等關鍵設備、元器件及其連接集成的可靠性。提高其抗環境影響的能力，避免因運輸、運行環境影響造成的元器件損壞和使用性能下降。⑤采用技術手段，將光功率告警門限值設定在光路劣化過程的早期階段。當系統檢測到光路劣化的趨勢時，提前報警，確保在光路完全失效前完成對設備的檢修。

4 工程應用分析

某220kV變電站采用DCB內置式全光纖電流互感器形式。投運半年以來，多個間隔的保護裝置及綜自后臺均間歇性的告警并發出“光路異常”等報文。通過調取故障錄波及網絡分析儀的波形可以看出，告警時間段內該間隔保護電流呈現有較小毛刺的不規則正玹波，保護裝置中的差流在正常范圍內，無誤動行為發生。經檢查，排除了合并單元及保護裝置的故障可能性，最終將故障定位為光纖電流互感器光路存在異常。

檢查人員按照步驟首先檢查熔點1、2（圖2），打開熔點1的熔纖盒發現盒內水汽較重，且熔點護套內存在水漬，現場將該熔點重新熔接且將積水清理干凈，并重新對熔纖盒進行打膠密封后，異常仍未消失。檢查熔點2無異常。通過噪聲檢測儀器檢查保偏光纜至敏感環通路均無異常，遂決定更換光電模塊，經過更換后，告警信號消失，波形恢復正常。經相關專業的重新試驗，驗證新的光電模塊角比差、極性等技術參數滿足要求后投入運行。由于故障發現于發展初期，電流的異常并未使其數值發生明顯變化，未對系統造成影響。

廠家對被更換的光電模塊進行解體分析后發現光纖耦合器A耦合臂存在裂紋，且耦合器耦合臂填膠不均勻，為元器件安裝工藝質量問題（如圖3）。

從上述實例可以看出，光纖熔接環境、防護措施以及元器件本身的質量對于光互感器的穩定運行意義重大，而光纖互感器的提前報警機制避免了保護誤動，給后續的檢修維護工作預留時間。本文所述防護措施對工程建設及運行維護的指導意義較大。

圖3 劣化耦合器微觀檢測圖

5 結論

在我國不斷推進智能變電站模塊化建設的背景下，隔離斷路器與電子式互感器的集成，進一步減少了設備數量，壓縮了設備占地，具有重要意義。本文對DCB內置式全光纖電流互感器的告警原理、常見故障點進行了分析，并提出了在工程建設和運行維護過程中的防范措施，并通過工程實例應用分析驗證了其先進性。對工程建設管理、施工及運行維護人員均有一定的指導意義。

［1］劉祖永，嚴啟明，王小波，等．隔離式斷路器在智能變電站中的應用［J］．湖北電力，2013，37（3）：1～3．

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2095-2066（2016）30-0081-02

2016-10-11