換流變鐵芯接地電流在線監測數據異常原因分析及對策

張小輝，王茂軍，高 強，劉 齊，原 峰

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

換流變鐵芯接地電流在線監測數據異常原因分析及對策

張小輝，王茂軍，高 強，劉 齊，原 峰

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

通過對高嶺換流站換流變壓器鐵芯和夾件接地電流波形的測量和分析，查找換流變安裝運行的某型鐵芯、夾件接地電流在線監測裝置測量結果異常的原因，提出應對措施，并對國家電網公司制定的變壓器鐵芯接地電流在線監測裝置性能檢測方案提出改進意見。

換流變壓器；鐵芯接地電流；監測數據異常；原因及對策

變壓器鐵芯、夾件接地電流在線監測裝置能夠準確地監測變壓器鐵芯、夾件接地電流變化情況，及時有效地發現變壓器鐵芯、夾件是否存在多點接地情況，已經在電力系統得到廣泛應用，并逐漸取代人工巡檢變壓器鐵芯、夾件接地電流的工作［1-2］。但此類在線監測裝置在高嶺換流變電站安裝運行后，發現存在設計不夠合理，性能檢測方案不夠完善等問題。

表1 鐵芯接地電流檢測數據和在線監測數據對比 mA

1 問題分析

高嶺換流站24臺單相換流變在停電檢修期間，安裝了鐵芯及夾件接地電流在線監測裝置，共48臺。裝置安裝投運后，站內運行人員在使用鉗形電流表對換流變鐵芯和夾件接地電流進行檢測時，發現部分檢測數據與在線監測數據存在較大差異。見表1和表2。

從表1和表2可以看出，部分換流變鐵芯和夾件接地電流檢測數據與在線監測數據相差較小，考慮到兩種測量方法受到儀器性能、測量位置和電磁環境等因素的影響，屬于合理范圍內。但010B，011B，020B，021B，030B，040B組換流變鐵芯接地電流在線監測數據，010B組換流變A相，041B組換流變 A相的鐵芯接地電流在線監測數據，041B組換流變B相和C相夾件接地電流在線監測數據均與鉗形電流表檢測數據相差較大，最大已達10余倍。因此，需要分析造成差異的原因，確定在線監測裝置測量結果的真實性和有效性。

表2 夾件接地電流檢測數據和在線監測數據對比 mA

2 現場試驗及原因分析

由于高嶺換流站與常規變電站電磁環境不同，換流變壓器運行條件與常規電力變壓器也不盡相同。分析換流變鐵芯和夾件接地引下線內可能含有直流分量或高次諧波分量［3］。考慮到現場安裝運行的在線監測裝置數量較多，且型號相同。因此，首先選擇存在典型問題的030B組換流變A相和C相進行研究分析。

采用霍爾傳感器和交直流鉗形電流表分別對030B組換流變A相和C相鐵芯和夾件接地引下線的電流進行測量，結果顯示鐵芯和夾件接地電流中的直流分量幅值很小，忽略不計；因此，排除了直流分量對裝置測量結果的影響。

為了分析高次諧波對測量結果產生的影響，將在線監測裝置內置的電流互感器與裝置主板接口斷開，采用示波器對電流互感器輸出信號波形進行測量，測量原理如圖1所示。

圖1 測量原理

在測量中，將示波器設置為：X軸2 ms/div，Y軸200 mV/div。A相鐵芯接地電流波形測量結果如圖2所示。

從圖2可看出030B組換流變A相的鐵芯接地電流含有大量高次諧波分量；采用示波器對電流波形進行頻譜分析，分析結果如圖3所示。

圖2 030B組換流變A相鐵芯接地電流波形

圖3 030B組換流變A相鐵芯接地電流頻譜分析

采用同樣方法分別對030B組換流變A相夾件接地電流，C相鐵芯接地電流和夾件接地電流進行測量，測量和分析結果如圖4—9所示。

從上述示波器電流波形測量和頻譜分析結果看出，換流變鐵芯和夾件接地電流除了含有基波成分外，還含有大量高次諧波，其最高頻率達3 kHz，且部分高次諧波分量的幅值大于基波分量幅值。

對030B組換流變A相鐵芯接地電流在線監測裝置測量單元的原始測量數據讀取時發現，裝置控制器采集的256組16進制數據，大部分是0xff，這說明裝置電流互感器輸出端的電流信號幅值經過電流/電壓轉換電路，量程自動轉換電路和信號調理電路后，超出了裝置控制器的測量范圍，進而導致裝置測量結果與檢測數據出現差異。裝置測量單元工作原理如圖10所示。

圖4 030B組換流變A相夾件接地電流波形

圖5 030B組換流變A相夾件接地電流頻譜分析

圖6 030B組換流變C相鐵芯接地電流波形

圖7 030B組換流變C相鐵芯接地電流頻譜分析

圖8 030B組換流變C相夾件接地電流波形

圖9 030B組換流變C相夾件接地電流頻譜分析

圖10 裝置測量單元工作原理

圖10中的電流/電壓轉換電路主要作用是將電流互感器輸出端的電流信號轉換成電壓信號；量程自動轉換電路主要作用是根據控制器發出的指令，自動實現切換檔位，將電壓輸入信號幅值進行適當放大或衰減；信號調理電路主要作用是將信號幅值調至適當測量范圍內，以供控制器進行采集計算［4］。

通過對裝置測量單元的工作原理和測量數據進行研究發現，裝置的電流有效值最大量程為10 A，而高嶺換流站的換流變鐵芯和夾件接地電流有效值均不大于100 mA，遠未達到裝置的最大量程；但是裝置設計的量程自動轉換電路和編寫的軟件算法，是以電壓輸入信號的基波幅值作為檔位切換依據，沒有考慮諧波分量帶來的影響；而高嶺換流站高次諧波含量較大，且高次諧波的幅值也較大，與基波幅值相比，已經無法忽略。當控制器以電壓輸入信號基波幅值作為檔位切換依據，發出放大信號指令時，電壓輸出信號中基波分量和高次諧波分量的幅值將同時被放大，從而造成經過信號調理電路后的電壓信號幅值超出了裝置控制器的測量范圍，導致計算結果錯誤。

3 整改對策

確定問題原因后，將裝置量程自動轉換電路的檔位切換依據由電壓輸入信號的基波幅值改為峰值，從而使經過信號調理電路的電壓信號幅值保持在控制器測量范圍內；同時對裝置軟件算法程序重新進行了修改和調試。整改后的裝置測量數據與重新檢測的數據對比結果見表3和表4。

由于受到現場干擾因素的影響，導致表3中部分檢測結果不穩定，無法有效記錄；而在線監測裝置顯示的數據則較為穩定。通過對比裝置整改后的在線監測數據與鉗形電流表檢測數據，發現兩者測量結果的一致性得到明顯改善，說明裝置在線監測數據異常原因分析結論的正確性和整改應對措施的有效性。

表3 整改后的鐵芯接地電流檢測數據和在線監測數據對比 mA

表4 整改后夾件接地電流檢測數據和在線監測數據對比 mA

4 結論

通過測試發現，換流變壓器鐵芯和夾件接地電流含有大量高次諧波，而且部分高次諧波的幅值較大，而普通鉗形電流表由于受到高次諧波的影響，容易造成檢測數據波動不穩定或者與真實結果存在差異等情況［5］，給換流變鐵芯和夾件運行情況的狀態評價工作帶來困難。

變壓器鐵芯和夾件接地電流在線監測裝置在采用合理的測量原理和計算方法的情況下，能夠測量出變壓器鐵芯和夾件接地電流的真實值，可以為換流變的狀態評價工作提供有效的數據支撐。

需要說明的是，高嶺換流站安裝運行的變壓器鐵芯和夾件接地電流在線監測裝置，依據國家電網公司企業標準Q/GDW 540.1—2010《變電設備在線監測裝置檢驗規范 第1部分：通用檢驗規范》［6］，已經通過了中國電力科學研究院的性能檢測試驗，并取得檢測報告。由此反映出目前針對此類在線監測裝置實施的性能檢測方案還需進一步完善。在檢驗裝置測量范圍和測量誤差時，不僅只施加基波電流信號，還應考慮現場實際測量環境，加入諧波干擾信號，以充分驗證在線監測裝置測量結果的真實性和有效性。

［1］王茂軍，高 強，耿寶宏.基于WIA的變壓器鐵心接地電流監測裝置應用 ［J］.東北電力技術，2014，35（10）：30-32.［2］耿寶宏，張軍陽，高 強.變電設備在線監測技術分析 ［J］.東北電力技術，2011，32（1）：23-26.

［3］王寧之.換流變壓器和平波電抗器研制簡介 ［J］.變壓器，2007，44（2）：5-7.

［4］周志強，高 強，張軍陽，等.變壓器鐵芯接地電流在線監測裝置及其監測方法 ［P］.中國專利：ZL201110210033.5，2014-02-12.

［5］國家電網公司運維檢修部.電網設備帶電檢測技術 ［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［6］王茂軍，高 強，耿寶宏.變電設備在線監測裝置電磁兼容試驗與研究 ［J］.東北電力技術，2014，35（9）：14-16.

Reason Analysis and Countermeasures on Monitoring Abnormal Date of Converter Transformer Core Grounding Current

ZHANG Xiaohui，WANG Maojun，GAO Qiang，LIU Qi，YUAN feng
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Through the measurement and analysis of converter transformer core and clamps the grounding current waveform in Gaoling converter station，the reason of the abnormal monitoring data are analyzed.This paper provides the solution and the suggestions for the testing specification that is constituted by the State Grid Corporation.

converter transformer；core ground current；abnormal monitoring data；reason and countermeasures

TM76

A

1004-7913（2017）03-0059-04

張小輝（1975），男，碩士，高級工程師，從事輸變電設備技術研究。

2017-01-05）