110kV智能變電站合并單元異常情況分析及對策探討

陳曦 胡賢浩 韓章志 周益

摘要：變電站的二次回路位于強(qiáng)電磁環(huán)境中，一些智能的設(shè)備會(huì)受到一定程度電磁干擾信號(hào)的影響。最近幾年，由于刀開關(guān)的操作干擾了變電站的二次回路，導(dǎo)致了智能設(shè)備的異常運(yùn)行。所以，研究變電站二次回路中涉及到的電磁兼容問題具有十分重要的意義。本文分析了某110kV智能變電所合并單元在使用過程中出現(xiàn)的異常運(yùn)行情況。對導(dǎo)致合并單元運(yùn)行異常的原因進(jìn)行了分析，在合并單元上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性相關(guān)實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)了合并單元的一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，總結(jié)了暫態(tài)擾動(dòng)信號(hào)的頻率、時(shí)間、幅值的聯(lián)合特征。最后，針對如何提高局部就地合并單元出現(xiàn)的電磁兼容性提出了一些合理化建議。

關(guān)鍵詞：110kV智能變電站；合并單元；異常情況；對策

引言

在變電站運(yùn)行過程中，雷電干擾、高壓開關(guān)操作干擾和一次系統(tǒng)短路故障干擾是影響最大的干擾。變電站隔離開關(guān)、斷路器等一次設(shè)備運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾，這些干擾通過各種耦合會(huì)進(jìn)入到二次回路中。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障的時(shí)候，會(huì)有較大的短路電流流經(jīng)變電站的接地網(wǎng)和架空導(dǎo)線，并且會(huì)在二次電纜線的周圍產(chǎn)生比較強(qiáng)的空間磁場，給二次設(shè)備帶來很大的干擾，雷電以傳導(dǎo)、輻射和耦合的形式穿透二級設(shè)備。

1.事件概況

圖1所示的是本文研究的110kV變電站一次接線圖，該變電站應(yīng)用了單母分段的常規(guī)接線方式，它配置有一臺(tái)主變，并且沒有10kV的出線。該變電站的智能終端、合并單元就地安裝在GIS柜內(nèi)，并且采用了常規(guī)互感器，線路間隔合并單元順利接入間隔CT和線路單相PT。在啟動(dòng)的時(shí)候，刀開關(guān)進(jìn)行操作，合并單元重啟，出現(xiàn)了丟點(diǎn)現(xiàn)象。

2.處理步驟

2.1第一階段

第一，我們懷疑由于合并單元的電路板受損導(dǎo)致出現(xiàn)了異常情況。除了交流采樣電路板外，合并單元的所有電路板都被更換，程序也進(jìn)行相應(yīng)的升級，電力傳輸異常仍然存在，所以，排除了合并單元電路板的問題。

第二，因?yàn)楹喜卧霈F(xiàn)了重新啟動(dòng)，所以，檢查了合并單元內(nèi)的直流電源模塊。在合上進(jìn)線刀開關(guān)時(shí)，用萬用表對合并器背板工作電源的正、負(fù)電壓進(jìn)行監(jiān)測。我們發(fā)現(xiàn)，工作電壓從220V下降到110V左右，懷疑是外部直流電源存在問題。當(dāng)變電站重新申請停電時(shí)（斷電時(shí)GIS設(shè)備配備防雨罩，刀開關(guān)不參與并網(wǎng)的相關(guān)電路），檢查直流系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)正常，沒有交流電混合，設(shè)備接地也完整可靠。

2.2第二階段

為了深入的尋找原因，該變電站申請?jiān)俅斡?jì)劃送電，這一次我們從電磁干擾和直流電源兩個(gè)方面著重查找原因。

1）監(jiān)測變電站的直流電壓。在倒閘的時(shí)候，用萬用表監(jiān)測變電站柜內(nèi)的有關(guān)直流進(jìn)線電壓，示波器監(jiān)測合并單元相關(guān)的直流工作電壓。

2）把獨(dú)立的直流電源應(yīng)用其中。

3）對電磁的干擾源進(jìn)行排查。

4）找到電磁干擾的入侵之路。在連接逐漸恢復(fù)后，應(yīng)該先恢復(fù)電源板的連接。這個(gè)時(shí)候，交流電板仍被拔出，在操作過程中合并單元的不正常現(xiàn)象重新出現(xiàn)。

5）尋找電磁干擾的耦合模式。通過觀察發(fā)現(xiàn)，連接到電源的直流二次線路和連接到合并單元中的CT二次線路捆扎在了一起。雖然已卸下交流電板，但干擾源還是可以侵入交流電板，并侵入電源模塊，導(dǎo)致異常。

6）切斷電磁耦合路徑。合并單元的接線恢復(fù)正常運(yùn)行，直流電纜與交流電纜將被隔離，再次運(yùn)行時(shí)合并單元不會(huì)出現(xiàn)異常。

2.3第三階段

因?yàn)楹喜卧械膩G點(diǎn)現(xiàn)象還是沒有消失，所以，對合并單元再次展開了電磁兼容的實(shí)驗(yàn)，還在相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對其開展了相應(yīng)的整改措施。

1）最初的設(shè)計(jì)采用的是雙DSP插件來實(shí)現(xiàn)MU功能。DSP插件之間的內(nèi)部通信是通過總線背板來實(shí)現(xiàn)的。新的設(shè)計(jì)把原有的雙DSP模塊集成在了一個(gè)插件中，無需通過總線背板進(jìn)行通信。這種改進(jìn)可進(jìn)一步提高該設(shè)備的抗干擾能力。

2）機(jī)箱加工采用全導(dǎo)電加工方式，增強(qiáng)了該設(shè)備的整體抗電磁干擾性能，增加了機(jī)箱的完整度，增強(qiáng)了機(jī)箱的各部件電氣連接的可靠性。改進(jìn)了MU機(jī)箱的有關(guān)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了分板的連接方式，提高了機(jī)箱的整體導(dǎo)電性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程，該裝置運(yùn)行正常，沒有丟點(diǎn)現(xiàn)象，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。在快速瞬態(tài)干擾實(shí)驗(yàn)中，該裝置可保證在4.4kV/100kHz條件下無丟點(diǎn)現(xiàn)象。

2.4第四階段

修正后的MU重新啟動(dòng)，沒有發(fā)生丟點(diǎn)現(xiàn)象。為了對MU的電磁干擾強(qiáng)度進(jìn)行定量分析，對刀開關(guān)拉合時(shí)產(chǎn)生的電磁暫態(tài)干擾信號(hào)進(jìn)行了測量。當(dāng)連接到合并單元的直流電路二次線路和CT二次線路分開的時(shí)候，合并單元不會(huì)重新啟動(dòng)。從時(shí)域波形可以看到，直流電源通道中暫態(tài)擾動(dòng)信號(hào)（差分模式干擾）的峰值在布線后增加了約200V，在合并單元地線上的擾動(dòng)信號(hào)電壓峰值大約增加了1000V。結(jié)果表明，CT二次線路中出現(xiàn)的暫態(tài)擾動(dòng)信號(hào)與合并單元地線和直流電路二次線耦合。傅里葉變換通常可用于分析信號(hào)的有關(guān)頻譜特性，但不能提供和時(shí)間有關(guān)的信息。刀開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬時(shí)電磁干擾信號(hào)是瞬態(tài)信號(hào)。如果對信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換分析，就不能對信號(hào)的聯(lián)合時(shí)頻特性進(jìn)行分析。而短時(shí)傅立葉變換則可以提供信號(hào)的頻率和相關(guān)時(shí)間信息。

3結(jié)語

本文分析了變電站合并單元發(fā)生異常的原因，并采取了相應(yīng)的措施。通過對前兩階段的處理，確定了合并單元重新啟動(dòng)的真正原因是刀開關(guān)產(chǎn)生的電磁干擾經(jīng)過CT二次電路耦合到直流電源中。第三階段對合并單元進(jìn)行了電磁兼容的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，并對合并單元進(jìn)行了一定的升級和改進(jìn)，提高了該設(shè)備在強(qiáng)電磁環(huán)境下抗干擾的能力。在升級合并單元后，變電站再次送電。在功率傳輸過程中，對刀開關(guān)拉合時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁干擾信號(hào)進(jìn)行了測量，并對干擾信號(hào)的幅值和頻率進(jìn)行了分析。

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（作者單位：國網(wǎng)浙江象山縣供電有限公司）