串補平臺干擾分析及改進建議

溫才權

（中國南方電網超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州　543002）

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串補平臺干擾分析及改進建議

溫才權

（中國南方電網超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州543002）

摘要串補平臺存在較多的電容元件，且其面積較大，相對于500kV母線，串補對地電容較大，在非等電位拉合刀閘時，產生的電弧強度遠比普通500kV非等電位拉合刀閘產生的電弧大。在實際運行中也出現過多次保護退出，保護誤動等現象。本論文通過對分合刀閘進行分類，區分等電位與非等電位拉合刀閘的區別。并對實際干擾情況進行分析，對增加高頻濾波電容的作用進行分析。針對現有端子箱的技術標準，與特殊情況下屏蔽需求，提出修改端子箱標準的意見。針對現有裝置接地方式進行分析，并提出改進意見。對現二次電纜的屏蔽方式進行分析，提出改造意見。為串補平臺的抗干擾提出建設性意見。

關鍵詞：串補；柔性交流技術；非等電位；抗干擾；耦合路徑

串補平臺的對地電壓為線路的相電壓，其電磁環境較為惡劣，受到影響因數較多。而安裝在平臺上的二次設備受到的干擾較大。串補平臺存在較多的電容元件，且其面積較大，相對500kV母線對地電容較大，在非等電位拉合刀閘時，產生的電弧強度遠比普通500kV非等電位拉合刀閘產生的電弧大。在實際運行中，多次出現由于非等電位拉合刀閘導致串補保護誤動、退出等嚴重現象，嚴重影響了串補的穩定運行。

賀州串補、河池串補、百色串補等南網范圍內多套串補設備，在非等電位拉合刀閘、線路故障時，均多次出現保護采樣裝置異常導致串補保護誤動、退出等嚴重現象。經過多年的運行分析，可發現該類型故障均可能由串補平臺PFOI受到干擾引起。

1　干擾基本情況

賀州柳賀甲、乙線2套串補裝置，分別于2009 年5月底、6月初投產，串補容量共計780Mvar，采用美國GE公司的產品。在運行過程中多次出現二次采樣突變導致串補保護誤動、誤碼多導致串補保護退出等現象。以下將分兩種情況進行介紹。

1.1非等電位拉合刀閘時保護退出

在運行操作過程中，當合上第一把平臺刀閘或者拉開最后一把平臺刀閘時，多次發生串補保護報“通信故障”導致保護退出的現象，嚴重影響了串補的正常運行。表1統計了投運前3年時間內，拉合串補刀閘導致串補保護退出的現象。

表1　串補保護退出統計

1.2采樣突變導致保護誤動

在運行過程中，系統無異常情況下，二次采樣電流多次出現較大的突變，導致保護誤動。保護誤動的統計見表2。

2　保護退出原因分析

2.1拉合刀閘兩種類型影響分析

為了分析拉、合刀閘的電磁干擾，便于分析，將其分為兩類：等電位拉合刀閘和非等電位拉合刀閘。假如刀閘在拉開之后，或者合上之前，刀閘兩端的電位一致，則將其暫定為等電位拉合刀閘，反之則稱為非等電位拉合刀閘。賀州串補站多次出現非等電位拉合刀閘導致串補保護退出，甚至串補保護動作的嚴重現象。但在等電位拉合刀閘時，從未出現過類似現象。這從理論上也容易分析得到，在非等電位拉合導致時，由于設備對地電容、刀閘兩端電壓劇變等因素影響，將會產生較大的電弧。而等電位拉合刀閘時由于兩端電壓一致，不會產生電弧。

表2　串補保護采樣突變統計

2.2干擾波形分析

在故障錄波上可以看到，在拉合刀閘瞬間，地面上的電纜存在20ms左右的干擾電壓，平臺上的電容器組CT監測到的電流一次幅值達到140A。如圖1所示。該干擾有以下兩種可能：

1）CT二次回路的電流干擾。

2）一次設備存在一定的干擾電流。

圖1　平臺電容器組干擾電流

2.3通信故障的原因

通信故障導致保護退出的保護邏輯如下所述。

1）當任意一相通信告警時，如果其他兩相中的任何一相的電容電流或者斷路器電流大于100A，持續3s，則報通信故障，同時將串補保護退出運行。

2）當保護監測到誤碼率在一定時間內超過一定值時則報通信故障，同時將串補保護退出運行。

由于第一條邏輯需要電流超過100A持續超過3s，而拉合刀閘的干擾電流只保持至毫秒級。所以只有一種可能，就是誤碼率太高導致串補保護報通信故障，引起串補保護退出。

為了進一步確認故障原因，用專用的誤碼檢測儀接到數據光纖上監測誤碼，非等電位拉合刀閘六次，其中一次出現串補保護退出現象。保護退出時，誤碼檢測儀監測到誤碼最高可達64個。每一相的誤碼測試結果見表3。

表3　采樣系統接受到誤碼數

由于平臺與地面保護采用光纖通信，而光纖幾乎不會受到電磁波的干擾，故可以確定，平臺上面的采樣裝置PFOI（串補平臺上的數模轉換模塊，將CT的二次模擬量轉換成數字量，通過光纖轉發到保護裝置）已經受到嚴重干擾，導致產生誤碼。

3　采樣異常原因分析

采樣異常分兩種情況，一種瞬時復歸，如圖2所示；另一種可能保持數小時，如圖3所示。

圖2　瞬時復歸的干擾電流

圖3　持續的采樣異常

在串補正常運行時，平臺故障電流為0，但在運行過程中，多次出現突變現象，導致串補保護誤判斷為平臺故障，將串補永久旁路。如圖2所示。

圖3為在串補出現采樣異常導致串補旁路后，平臺故障電流采樣持續保持大于7000A。持續3個多小時。

由于故障時刻采樣電流為為較為穩定的直流，且數值較大，高達數千安培。因此可以確定該異常的采樣非真正的二次干擾電流引起，而是由干擾引起導致PFOI模塊異常，導致采樣產生較大的突變。因此分析重點應放在解決PFOI的電磁環境惡劣問題上。

4　改進建議

4.1電磁干擾分析

由于串補平臺的電容器件較多，容量較大，且平臺面積較大，尺寸達12×8.3m，距離地面的高度為6.878m，如圖4所示，其對地電容遠遠大于500kV母線的對地電容，非等電位拉合刀閘時產生的電弧，也遠遠大于非等電位拉合空母線時產生的電弧。

圖4　串補平臺

國內外有相關的文獻研究分合刀閘產生的電弧頻譜，如非等電位拉合220kV線路時，測量載波收發信機輸入端的暫態電壓波形，對其頻譜分析。發現其過電壓幅值可達3000V，在50～150kHz頻段聚集了大部分能量。產生的電弧頻譜如圖5所示。

圖5　2377刀閘分閘時測試波形全貌（末端開路）[1]

4.2加裝濾波電容效果分析

為了防止CT二次干擾電流影響平臺的測量裝置PFOI，在供能CT、測量CT二次回路加裝一個高頻電容，吸收高頻干擾電流。

在加裝該電容后，能有效降低CT二次回路的干擾電流。某一次非等電位拉合刀閘時，平臺電容的CT的電流最大值變為60A，如圖6所示。低于沒有安裝高頻電流之前的140A。

但該措施無法解決串補保護退出、采樣異常的現象。主要原因有：該措施無法降低通過屏蔽線對PFOI耦合的電磁干擾，也無法降低通過空間對PFOI耦合的電磁干擾。無法解決電磁干擾導致PFOI誤碼較多的原因，也無法解決串補保護退出。

圖6　平臺電容器組干擾電流（加裝高頻電容后）

4.3屏蔽層接地方式

由于CT的二次電纜采用軟屏蔽線，然后將二次電纜穿入鐵材料制作的套管中，CT二次電纜在PFOI端采取一點接地。如圖7、圖8所示。而電纜的外防護套沒有設計成屏蔽層，一端安裝在304不銹鋼制作的端子箱上，接地電阻較小，另一端也直接安裝在CT上，接地電阻較大。導致電纜外防護套管一端接地，無法起到屏蔽作用。

圖7　CT的二次電纜

圖8　CT二次回路的屏蔽管

根據南方電網的反措要求：“對于單屏蔽層的二次電纜，屏蔽層應兩端接地，對于雙屏蔽層的二次電纜，外屏蔽層兩端接地，內屏蔽層宜在戶內一點接地。以上電纜屏蔽層的接地都應聯接在二次接地網上[2]。”

針對串補平臺干擾較大，且電纜、電纜防護套的所包圍的面積較大，通過其耦合對PFOI的干擾較大，為了避免該耦合路徑的干擾，其屏蔽方式必須正確有效。為了達到該目的，建議對屏蔽層進行如下改造：

測量外防護套管的轉移阻抗、屏蔽效率等，確定其可作為電磁屏蔽材料，然后將其兩端接地。CT二次電纜的屏蔽層保持在PFOI端一端接地。

4.4端子箱屏蔽

由于現有國內有眾多規范要求端子箱需要采用不銹鋼材料。比如江蘇省電力公司的《江蘇省電力公司變電站端子箱技術標準》規定“端子箱的外殼采用整板不銹鋼板（304型鋼）彎制，外殼無接縫，表面拉絲組裝成型[3]”；安徽省電力公司的《安徽電網變電站端子箱及二次電纜質量標準（試行）》要求“端子箱要使用不銹鋼材料，端子箱的前沿與兩側應保留透氣孔，透氣孔的大小要能防止小飛蟲進入，透氣孔的設置既要有利于端子箱內氣體的自然流動，又要具備防雨功能，防止因氣體不流通造成端子箱內發霉、受潮[4]。”

而以上規定均沒有深入考慮端子箱對電磁場的屏蔽需求。賀州串補站平臺上的端子箱也屬于304不銹鋼材料，而該類型材料的磁導率接近于1，且其電阻率為0.73Ω·mm2/m，其導電性能遠遠差于銅、鋁等金屬材料，電磁屏蔽性能較差。而串補平臺的電磁環境具有高電壓，大電流，電磁變化快等特點，該材料不能起到有效的屏蔽作用。針對賀州站串補平臺上的二次干擾電流，該材料制作的端子箱已成為二次回路的屏蔽層漏洞，建議將其改造為屏蔽效果好的材料。也針對此情況，重新考慮端子箱的技術標準，針對電磁干擾較大的環境需要采用電磁屏蔽性能較好的材料。

4.5裝置接地

其中受干擾影響較大的平臺采樣裝置PFOI的接地方式如圖7、圖9、圖10所示。CT的二次屏蔽電纜全部匯集到一點，然后進入裝置內部，由裝置一根4mm2的軟線接到裝置的接地點。然后用一根接地線，接到端子箱的接地點上，再由端子箱的接地線接到串補平臺上。

圖9　PFOI內部結構圖

圖10　串補PFOI接地方式

非等電位拉合刀閘時，流經串補的電流為零，PFOI的供能采用激光供能，其供能電壓較穩定。但非等電位拉合刀閘時，平臺干擾較大，而二次電纜的屏蔽效果不好，外防護套沒有起到屏蔽作用，端子箱的屏蔽效果也較差，裝置接地線、CT二次電纜接地保護線、CT二次電纜的屏蔽線、端子箱的接地線將會相互干擾，將PFOI的電磁環境變得更惡劣，從而導致裝置運行不穩定，產生較多的誤碼或者數值偏差較大。

為了裝置地不受高頻干擾電壓的影響，應將裝置的接地線與CT的二次屏蔽線、電纜外防護套接地線、端子箱的接地線、CT二次電纜接地保護線分開接地。即CT的屏蔽線接地不再進入裝置內部，而是直接接到平臺的接地點。裝置地經過過電壓保護裝置接地，使得平臺干擾電壓不竄入PFOI裝置，同時保證PFOI不受高電壓影響，如圖11所示。

圖11　改進的PFOI接地方式

5　結論

在改進了PFOI的接地方式后，非等電位拉合刀閘導致串補保護自動退出的問題得到改善，運行一年多的時間內沒有再發生串補保護自動退出的問題。但采樣異常問題依然未能得到根本解決。

串補平臺上的電磁環境較復雜，非等電位拉合刀閘產生的電弧強度較大，對設備抗電磁干擾能力要求較高。本文從500kV賀州串補站的實例出發，對加裝高頻濾波電容的效果進行分析，實測。提出端子箱在電磁兼容復雜環境下的屏蔽需求，提出對相應規范、標準改進意見。對二次屏蔽層提出改造方案，有效避免二次回路形成的干擾。對裝置地的接線方式提出改造意見，減少PFOI受到的電磁干擾。但仍有眾多難題需要深入研究，并等待實際驗證。

參考文獻

[1] 鄭寧敏, 林匹. 刀閘操作電弧對載波通道的干擾[J].電力系統保護與控制, 2009, 37(17): 128-131.

[2] 中國南方電網電力調度通信中心. 中國南方電網公司繼電保護反事故措施匯編釋義[Z]. 2010.

[3] 江蘇省電力公司. 江蘇省電力公司變電站端子箱技術標準[Z]. 2008.

[4] 安徽省電力公司. 安徽電網變電站端子箱及二次電纜質量標準（試行）[Z]. 2008.

溫才權（1986-），男，廣東廉江人，工程師，學士，從事變電運行維護工作。

Series Compensation Platform Interference Analysis and Suggestions for Improvement

Wen Caiquan
(Wuzhou Bureau, CSG EHV Power Transimission Company, Wuzhou, Guangxi543002)

Abstract There are many series compensation capacitor element on the platform, and the platform is larger than the 500kV bus. The capacitance to ground is larger too. In the equipotential close breaker, the arc intensity than the ordinary 500kV of equipotential pull us and produce big arc breaker. In actual operation, there have been many times to protect exit, protection malfunction and so on. This paper through to the breaker points or the classify, distinguish with the equipotential bonding breaker close the difference. And analyze the actual interference, proposed in view of the terminal box of shielding requirements, device grounding method and other improvements, for series compensation platform of anti-jamming solution is put forward.

Keywords：FSC; flexible AC technology; non-equipotential; interference; coupling path

作者簡介