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1、第 26 卷第 7 期2006 年 7 月电 力 自 动 化 设 备Electric Power Automation EquipmentVol.26 No.7Jul.2006光学电流互感器在电力系统应用中 出 现 的 问 题 及 处 理 方 法张宇娇 1, 程炯 2( 1. 三峡大学 电气信息学院, 湖北 宜昌 443002;2. 国家电网公司宜昌超高压管理处, 湖北 宜昌 443005)摘要: 由于光学电流互感器 OCT( Optical Current Transducer) 出现扰动而使交流滤波器差动保护 跳闸事件, 对 OCT 在电力系统现场运行中使用出现的问题进行了研究, 结合换流
2、站 OCT 数据采集 原理分析了事故发生时的设备故障原因, 从而得出 3 种解决方案, 即修改接口板、信号传送板; 提高 定值, 躲过导致故障的尖脉冲; 以及通过修改软件, 在软件中判断过滤掉尖脉冲。并根据实践找到各 种方法的可行性, 最终提出可靠的处理方案。关键词: 光学电流互感器; 交流滤波器; 开关; 跳闸中图分类号: TM 452+.93文献标识码: B文章编号: 1006 - 6047( 2006) 07 - 0101 - 03光 学 电 流 互 感 器 OCT( Optical Current Trans- ducer) 与传统电流互感器相比, 具有绝缘性能优良、 无暂态磁饱和问题
3、 、动 态测量范围大 、频 率相应宽、 抗电磁干扰强、安全性能好、体积小、重量轻、易与数 字设备接口等优点 1 。江陵换流站直流系统及交流滤波器中就大量采 用了 OCT 技术。但由于使用经验不足, 导致在试运 行期间发生多起交流滤波器保护动作跳闸事件, 本 文以江陵换流站交流滤波器保护动作为例介绍 OCT 在应用中出现的问题及处理方法。1事故情况简介具体情况如下:a. 2004 年 2 月 9 日 63 号交流滤波器母线差动 保护动作跳闸;b. 2004 年 2 月 12 日 62 号交流滤波器母线差 动保护动作跳闸;c. 2004 年 2 月 13 日 5622 交流滤波器差 动 保 护动作
4、跳闸;d. 2004 年 2 月 13 日 5632 交流滤波器差动保 护动作跳闸;e. 2004 年 2 月 19 日 5611 交流滤波器差 动 保 护动作跳闸。在以上 5 次保护动作频繁跳闸过程中, 一次设 备没有出现任何异常现象, 设备制造商 ABB 公司负 责人解释: 跳闸均是由交流滤波器 OCT 测量回路出 现异常引起。2案例描述2.1交流滤波器母线差动保护动作原因分析及处理 a . 2 月 9 日 63 号 交流滤波器母线差动保护动收稿日期: 2005 - 08 - 22; 修回日期: 2006 - 01 - 04作跳闸情况分析。01: 02 5632 ACF 跳 闸 , 525
5、2、5253 开 关 跳 闸 ,5622 ACF 自 动 投 运 , 直 流 系 统 300 MW 运 行 正 常 。 事件记录显示屏显示如下信号:01: 02: 57956 F1B AC FILTER PROTECTION Z1 BUS DIFFERENTIAL TRIP PHASE A( 交流滤波器母线差动保护启动跳闸, 动作相为 A 相) ;01: 02: 57991 A1 AC YARD BREAKER WA. W1.Q2 OPENED( 跳开 5252 开关) ;01: 02: 57992 A1 AC YARD BREAKER WA.W1.Q3 OPENED( 跳开 5253 开关)
6、 。从故障录波图上可以看到, A 相差动电流和电 流 I_DIFF_L1 的有效值持续越限( 当时差动电流越 限整定值的变化为 100 103 A) 时间达 22 ms( 差流 动作延时定值是 15 ms) 。 因此, 该保护的软件功能 正常实现。事后, ABB 技术人员检查一次设备, 认为 一次设备没有问题, 问题出在 OCT 测量采集信号的 准确性上, 采取的处理措施是将滤波器母线差动 保 护的动作延时定值 由 15 ms 改 为 25 ms, 以 求 可 更 大程度地躲过由于测量不准确而引起的保护误动。 b. 2 月 12 日 62 号交流滤波器母线差动保护动作跳闸情况分析。05:04
7、5611、5612 ACF 跳闸 , 5221、5222 开 关 跳闸, 5631、5632 ACF 自动投运, 直流系统 450 MW 运 行正常。事件记录显示屏显示如下信号:05: 04: 52 987 F2A AC FILTER PROTECTION Z2 BUS DIFFERENTIAL TRIP PHASE A( 交流滤波器母线差动保护启动跳闸, 动作相为 A 相) ;05: 04: 54021 A2 AC YARD BREAKER WA. W4.Q2 OPENED( 跳开 5222 开关) ;05: 04: 54022 A2 AC YARD BREAKER WA. W4.Q1 OP
8、ENED( 跳开 5221 开关) 。电 力 自 动 化 设 备第 26 卷从故障录波图上可以看到, A 相差动电流和电流 I_DIFF_L1 的有效值持续越限( 当时差动电流越 限整定值的变化为 100 103 A) 时间达 38 ms( 差流I_DIFF实测差动电流qq- 2020 个采样周期的值取平均HH= 100 Time动作延时定值是 25 ms) 。 因此, 该保护的软件功能 正常实现。事后, ABB 技术人员检查一次设备, 认为 一次设备没有问题, 问题仍然出在 OCT 的测量采集 信号的准确性上, 采取的处理措施是将滤波器母线 差动保护的动作延时定值由 25 ms 又改为 15
9、 ms; 同 时 差 动 电 流 越 限 值 RES_DIFF_REF 的 动 作 初 始 值20 个采样周期的值取和0.05555I_DIFF_REF1 延时跳闸值 100 A I_DIFF_REF2 瞬时跳闸值 400 A T_DIFF_REF1 跳闸延时 250 msDelay60 MSECH H= 10Time1 DIFF_TRIP差动跳 闸出口由 100 A 改为 500 A, 以求可以更大程度地躲过由于 测量不准确而引起的保护误动。2.2 交流滤波器差动保护动作跳闸情况分析2 月 19 日 19: 47 5611ACF 跳闸, 5631ACF 自动投运, 直流系统 450 MW 运
10、行正常。 事件记录显示 屏显示如下信号:19: 47: 59 126 F2A AC FILTER PROTECTION Z2.Z11 DIFFERENTIAL CURRENT TRIP PHASE C( 5611 交流滤波器差动保护动作跳闸, 动作相为 C 相);19: 47: 59 164 F2A AC FILTER BREAKER WA.Z2.Q1 OPENED( 跳开 5631 开关) 。从 故 障 录 波 图 上 可 以 看 到 , C 相 差 动 电 流 I_DIFF_L1 的有效值持续越限值为 112 193 A( 当时 差动电流越限整定值为 100 A) , 时间达 252 ms
11、( 差 流动作延时定值是 250 ms) 。 因此, 该保护的软件 功能正确实现。事后, ABB 技术人员检查一次设备, 得出同样结论, 当时并未采取任何措施。3 案例分析首先, 分析在一次设备均正常的情况下为何会 产生差动电流来启动跳闸。 察看电流互感器取量, 发现 ABB 的故障录波软件中没有采集滤波器 OCT 的电流量, 而其他的电流量均保持稳定没有突变量, 于是怀疑是 OCT 的测量回路出现异常。 于是, ABB 技术人员在 2 月 20 日对 AFP1 / 2 / 3 软件进行了重 载, 新软件增加了对滤波器 OCT 的滤波采集, 当启 动故障录波时会采集 OCT 的电流量( Z1
12、- T1 / T2 / T3/ T4, Z2 - T1 / T2 / T3, Z3 - T1 / T2 / T3 / T4) 。更新软件后通过测试发现: 在正常运行时 OCT 采集的电流量会在某一时刻产生一尖脉冲, 有时该 尖脉冲的值很大, 瞬时值达到几千安培。 观察到当 该组滤波器未投运时, 有时也可产生一瞬时值达 到 几千安培的尖脉冲, 持续时间很短, 约为 1 2 ms。下面分析差动保护取量回路中对采集到的差动 电流值是如何计算的, 参见图 1。保 护 采 集 到 的 电 流 是 交 流 电 流 , 其 瞬 时 值 由OCT 采样后经过电路板直接转换为数字量, 该值通 过软件计算得到电流
13、的有效值或平均值。图中的每 个采样周期时间为 50 ms, 20 个采样周期就是 1 s。若正常运行时 OCT 采集的电流量会在某一时 刻产生一尖脉冲, 有时该尖脉冲的值会很大( 比如达 到几千安培) , 则 20 个采样周期取平均值后仍会大图 1 原交流滤波器差动保护软件逻辑图Fig.1 The original software logic of AC filter differential protection于跳闸定值( 100 A) , 此时虽然尖脉冲已经消失, 但 保护仍然会启动跳闸, 实际上这种情况属于保护误 动作 2- 3 。4 解决办法为避免上述情况有以下 3 种方案:a.
14、修改所有的传输过程中的接口板 、信 号传送 板, 提高整个信号传输回路的稳定性, 避免出现瞬时 尖脉冲的情况;b. 提高定值, 直至能够躲掉该尖脉冲;c. 通过修改软件, 在软件中判断过滤该尖脉冲。 对于方案 a, ABB 技术人员在处理交流滤波器跳闸的情况, 已经更换了传输回路中的接口板或信号板, 仍然无法避免交流滤波器保护误跳闸的情况, 如 果要想进一步优化, 就需要更改电路板的设计, 在目 前这种情况下, 要想短时间内实现是不现实的。方案 b 是一个典型的治标不治本的方案, 定值 太高会降低保护的灵敏度, 有可能真的发生故障了 保护也不能动作。因此, 比较可行的方案是修改软件逻辑, 新的
15、软 件必须要能够在正常运行时过滤掉测量回路中产生 的尖脉冲, 同时在真正出现故障时也能够准确快速 地切除故障 4- 7 。4 月 8 日, ABB 技术人员重载 AFP1 / 2 / 3 主机 软件, 新软件逻辑如图 2 所示。qq- 20HH= 1001H H= 100.05555H H= 10&60 MSECI_DIFFTime TimeDIFF_TRIPI_DIFF_REF1I_DIFF_REF2 T_DIFF_REF1Delay图 2 修改后的交流滤波器差动保护软件逻辑图Fig.2 The improved software logic of AC filter differentia
16、l protection从图中可以看出: 新软件增加了一个瞬时值的 判断条件, 当差动电流 I_DIFF 20 个周期内的平均值 大于延时跳闸值 100 A 时, 还需要在延时 60 ms 后,第 7 期张宇娇, 等: 光学电流互感器在电力系统应用中出现的问题及处理方法判别该时刻的差动电流 I_DIFF 瞬时值也同时大于100 A 才能动作出口。 这样就几乎可以完全避免瞬 时出现尖脉冲而造成保护误动作 8 - 10 。Optics, 2004, 25( 6) : 47 - 53. 6 刘青, 王增平, 徐岩, 等. 光学电流互感器对继电保护系统的影响 研究 J . 电网技术, 2005, 29
17、( 1) : 11 - 14.LIU Qing WANG Zeng-ping XU Yan et al. Research on the,参考文献: 1 尚秋峰, 王仁洲, 杨以涵. 光学电流互感器及其在电力系统中的 应用 J . 华北电力大学学报, 2001, 28( 2) : 14 - 18.SHANG Qiu-feng, WANG Ren-zhou, YANG Yi-han. Application of optical current transducer in electric power system J . Journal of North China Electric Powe
18、r University, 2001, 28( 2) : 14 -18. 2 易本顺, 刘延冰, 阮芳. 光学电流传感器现场运行性能分析 J .中国电机工程学报, 1997, 17( 2) : 138 - 140.YI Ben-shun, LIU Yan-bing, RUAN Fang. Analysis of capabilities of optical current transducer in locale running J . Proceedings of the CSEE, 1997, 17( 2) : 138 -140. 3 易本顺. 光电式互感器的研究和发展及其在电力系统中的
19、应用 J . 武汉大学学报, 2002, 27( 1) : 57 - 62.YI Ben-shun. Research and development of optical current transducer and its application in power system J . Wuhan Uni- versity Journal, 2002, 27( 1) : 57 - 62. 4 王政平 , 康崇 , 张雪原 , 等. 光学电流互感器 的 问 题 与 解 决 对 策 J . 传感器技术, 2005, 24( 5) : 5 - 7.WANG Zheng- ping, KANG C
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24、pe-insulated cables with optical sensing technique J . IEEE Trans on Power Delivery, 1995, 10 ( 3) : 1148 - 1155.( 责任编辑: 柏英武)作者简介:张宇娇( 1979 - ) , 女, 江苏丹阳人, 硕士, 研究方向为电力 系统测试技术及仪器( E-mail: jiao_) ;程 炯( 1976 - ) , 男, 浙江杭州人, 工程师, 研究方向为直 流输电。Issues and solutions of optical current transducer used in powe
25、r systemZHANG Yu-jiao1, CHENG Jiong2( 1. Three Gorge University, Yichang 443002, China; 2. Yichang Extra-HVDC Operation Administrator Company of State Grid Corporation, Yichang 443005, China)Abstract: Because of disturbances of the OCT( Optical Current Transducer) , the AC filter differential protec
26、tion tripped improperly. Issues of the OCT application in power systems are researched, and the failure cause is analyzed combined with the OCT data acquisition principle in a converter station. Three solutions are achieved: the improvement of interface board and signal transmission board; the modif
27、ication of settings to avoid the spike pulse leading to fault; the software enhancement to filter the spike pulse. Their feasibilities are discussed and a reliable scheme is presented.Key words: optical current transducer; AC filter; breaker; trip!中 英 文 摘 要 编 写 要 求摘要是科技文章的重要组成部分, 是以提供文献内容梗 概为目的, 不加评
28、论和解释, 简明 、确 切地记述文献重要内容 的短文。 摘要应具有独立性和自明性, 并拥有与文献同等量 的主要信息, 即不阅读全文, 就能获得必要的信息。 根据文摘 编写规则国家标准 GB 6647- 86 及 科技书刊标准化 18 讲 向作者介绍论文摘要的编写要求。a. 应按照摘要编写的 4 个要素( 论文的目的、方法、结果、 结论) 进行编写。目的: 研究、研制、调查等的 前提 、目 的 、所 涉 及的主题范围。方法: 所用的原理、理论、条件 、对 象 、材 料 、工 艺、结 构 、手 段 、装 备 、程 序 等 。 结 果 : 实 验 、研 究 的 结 果 、数 据 , 被 确 定的关系
29、, 观察得到的效果、性能等。结论 : 结果的分 析、研究、比较、应用 , 提出的问题等。b. 摘要编写应内 容 充 实 , 中 文 摘 要 应 不 少 于 200 字 , 英 文摘要应在 150 个词左右。c. 摘要应尽可能取消或减少课题研究的背景信息; 出现 的数据应是最重要 、最 关键的数据; 缩略语 、略 称 、代 号, 除了 相邻专业的读者也能清楚理解以外, 在首次出现时必须写出 中 、英 文全称; 不得简单重复题名中已有的信息; 除了实在无 法变通以外 , 一 般 不 列 数 学 公 式 , 不 出 现 插 图 、表 格 ; 不 用 引 文, 除非该文献证实或否定了他人已出版的著作。d. 摘要编写应采用第三人称。 建议采 用“对 进行了 研究”、“报告了 现状”、“进行了 调查” 等记述方法标 明一次文献的性质和文献主题, 不必使用“本 文 ”、“作 者 ”等 作 为主语。