直流斷路器避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

應(yīng)用背景

    由于對(duì)大功率傳遞和互聯(lián)電力傳輸與分配系統(tǒng)的需求不斷上升，高壓直流電力傳輸變得越來(lái)越重要。高壓直流系統(tǒng)通常采用雙極大地回線運(yùn)行方式。當(dāng)單極停運(yùn)時(shí)，另一個(gè)運(yùn)行極變成單極大地回線運(yùn)行方式，兩站通過(guò)接地極構(gòu)成回路，由于單極大地運(yùn)行時(shí)會(huì)造成接地極附近的變壓器產(chǎn)生很大的直流偏磁，同時(shí)接地極的壽命也與電流大小及運(yùn)行時(shí)間有直接關(guān)系，因此通常情況下，單極大地回線不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，出現(xiàn)單極大地運(yùn)行方式后，要盡快轉(zhuǎn)入單極金屬運(yùn)線運(yùn)行方式。此時(shí)需要對(duì)雙極中性區(qū)域的金屬回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MRTB)及大地回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ERTB)進(jìn)行分合操作。因此，高壓直流換流站每年的運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)有少則三四次，多則上十次大地回線方式轉(zhuǎn)換到金屬回線(或反向)的正常操作。此項(xiàng)操作通常由裝設(shè)在整流站中性母線的直流斷路器金屬回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MRTB)或大地回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ERTB)完成。

由于高壓直流斷路器的開(kāi)斷電流沒(méi)有自身過(guò)零點(diǎn)，因此開(kāi)斷直流電流必須強(qiáng)迫過(guò)零。但是，當(dāng)直流電流強(qiáng)迫過(guò)零時(shí)，由于直流系統(tǒng)儲(chǔ)存著巨大的能量要釋放出來(lái)，而釋放出的能量又會(huì)在回路上產(chǎn)生過(guò)電壓，引起斷路器斷口間的電弧重燃，以致造成開(kāi)斷失敗，所以吸收這些能量就成為斷路器開(kāi)斷的關(guān)鍵因素。現(xiàn)有直流工程中運(yùn)行的高壓直流斷路器采用疊加電流法進(jìn)行電流強(qiáng)迫過(guò)零，疊加電流方式又可分為有源型與無(wú)源型兩種。無(wú)源型高壓直流斷路器采用斷路器本體并聯(lián)電感和電容，由斷路器在分合過(guò)程中引起的自激振蕩，來(lái)產(chǎn)生一個(gè)交流電流，通過(guò)交流電流與直流電流疊加起來(lái)，產(chǎn)生電流過(guò)零點(diǎn)，從而使電弧熄滅。

因操作過(guò)程中強(qiáng)制部分電流改換流通路徑，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)斷口間的過(guò)電壓，所以必須由并聯(lián)于斷路器斷口兩端的并聯(lián)避雷器限制過(guò)電壓并吸收相應(yīng)的能量。在無(wú)源型高壓直流斷路器(MRTB/ERTB)開(kāi)斷過(guò)程中，金屬氧化物避雷器需要釋放大量能量且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，單只避雷器的熱容量無(wú)法滿足，因此一般采用多支避雷器并聯(lián)的方式，為了保證流過(guò)各支避雷器的電流水平均衡，并聯(lián)避雷器必須具有基本一致的運(yùn)行特性，如果并聯(lián)的避雷器中有一只特性變差(由于受潮或者劣化)，比其它避雷器器具有較低的殘壓，該避雷器將流過(guò)比其它避雷器大得多的電流，那么該避雷器就有可能被擊穿(熱崩潰)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

    直流斷路器避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由無(wú)線傳感錄波裝置、集中數(shù)據(jù)收集單元和后臺(tái)軟件分析系統(tǒng)組成，系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下：

系統(tǒng)組成

    一、 無(wú)線電流傳感錄波裝置

無(wú)線傳感錄波裝置安裝于無(wú)源型高壓直流斷路器的各支路避雷器引線處，與無(wú)源型高壓直流斷路器所在設(shè)備區(qū)的監(jiān)測(cè)基站進(jìn)行無(wú)線通訊。基站與直流控制系統(tǒng)的后臺(tái)分析軟件通過(guò)光纖連接，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)及指令的中轉(zhuǎn)傳輸。

    無(wú)線電流傳感錄波裝置采用等電位設(shè)計(jì)，無(wú)絕緣要求，可安裝在設(shè)備的高、低壓側(cè)連接導(dǎo)線或母排等任意位置。無(wú)線電流傳感錄波裝置采用非侵入，非破壞式的安裝方式，不需要拆除設(shè)備的連接引線，安裝方式簡(jiǎn)單，不影響高壓直流設(shè)備的持續(xù)安全運(yùn)行。無(wú)線電流傳感錄波裝置內(nèi)有大容量的存儲(chǔ)器件，可以保存暫態(tài)電流錄波數(shù)據(jù)，并允許遠(yuǎn)程調(diào)取電流波形。
 

    無(wú)線電流傳感錄波裝置有兩種工作模式，分別為待機(jī)模式和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式。其工作模式的切換由后臺(tái)軟件控制。在待機(jī)模式下，無(wú)線電流傳感錄波裝置以極低的功耗運(yùn)行，等待來(lái)自后臺(tái)軟件的啟動(dòng)命令。在收到了后臺(tái)軟件的啟動(dòng)命令之后，無(wú)線電流傳感錄波裝置進(jìn)入全速運(yùn)行狀態(tài)，即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式下，無(wú)線電流傳感錄波裝置會(huì)持續(xù)的采樣電流瞬時(shí)值并打上時(shí)間標(biāo)簽，一旦電流發(fā)生突變且超過(guò)預(yù)設(shè)定值，裝置就會(huì)記錄發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)，并將該時(shí)間點(diǎn)前后工頻周波共100ms的電流波形數(shù)據(jù)存入裝置內(nèi)部的FLASH，同時(shí)裝置會(huì)將發(fā)生電流突變事件信息上報(bào)給后臺(tái)。后臺(tái)軟件根據(jù)需要調(diào)取各裝置內(nèi)的錄波電流波形。此外，裝置也可根據(jù)后臺(tái)命令將當(dāng)前時(shí)間之前一個(gè)小時(shí)之內(nèi)任意時(shí)間點(diǎn)的電流波形發(fā)送給后臺(tái)。

    二、集中數(shù)據(jù)收集單元

集中數(shù)據(jù)收集單元作為無(wú)線電流傳感錄波裝置和后臺(tái)云軟件平臺(tái)之間交互數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)單元，負(fù)責(zé)收集來(lái)自電流傳感錄波裝置的電流波形并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)軟件，同時(shí)它還根據(jù)后臺(tái)軟件的命令控制和管理電流傳感錄波裝置。一臺(tái)集中數(shù)據(jù)收集單元可以控制和管理最多15個(gè)無(wú)線電流傳感錄波裝置，如果所需的無(wú)線電流傳感錄波裝置個(gè)數(shù)大于15個(gè)，可以同時(shí)部署多個(gè)集中數(shù)據(jù)收集單元。

    集中數(shù)據(jù)收集單元被安裝于專用的電氣柜內(nèi)，通過(guò)電氣柜內(nèi)的外接交流220V供電。該專用的電氣柜要求就近安裝于避雷器的位置。

    三、后臺(tái)軟件分析系統(tǒng)

    后臺(tái)軟件分析系統(tǒng)部署于本地服務(wù)器。后臺(tái)分析軟件能夠收集來(lái)自所有測(cè)量裝置的電流波形，進(jìn)而計(jì)算出流過(guò)每支避雷器的電流波形并保存。存儲(chǔ)各智能電流傳感器電流數(shù)據(jù)并輸出各組避雷器的電流分布不均勻系數(shù)，每只避雷器的特性變化，及警示特性明顯不同的避雷器。服務(wù)器通過(guò)光纖和集中數(shù)據(jù)收集單元通信。