換流變鐵芯接地電流在線監(jiān)測數(shù)據(jù)異常原因分析及對策

張小輝，王茂軍，高 強，劉 齊，原 峰

（國網(wǎng)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(jiān)測數(shù)據(jù)異常原因分析及對策

張小輝，王茂軍，高 強，劉 齊，原 峰

（國網(wǎng)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(jiān)測裝置測量結(jié)果異常的原因，提出應對措施，并對國家電網(wǎng)公司制定的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)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(jiān)測數(shù)據(jù)異常；原因及對策

變壓器鐵芯、夾件接地電流在線監(jiān)測裝置能夠準確地監(jiān)測變壓器鐵芯、夾件接地電流變化情況，及時有效地發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯、夾件是否存在多點接地情況，已經(jīng)在電力系統(tǒng)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(jiān)測裝置在高嶺換流變電站安裝運行后，發(fā)現(xiàn)存在設(shè)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(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jiān)測裝置，共48臺。裝置安裝投運后，站內(nèi)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(fā)現(xiàn)部分檢測數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)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(huán)境等因素的影響，屬于合理范圍內(nèi)。但010B，011B，020B，021B，030B，040B組換流變鐵芯接地電流在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，010B組換流變A相，041B組換流變 A相的鐵芯接地電流在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，041B組換流變B相和C相夾件接地電流在線監(jiān)測數(shù)據(jù)均與鉗形電流表檢測數(shù)據(jù)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(jiān)測裝置測量結(jié)果的真實性和有效性。

表2 夾件接地電流檢測數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比 mA

2 現(xiàn)場試驗及原因分析

由于高嶺換流站與常規(guī)變電站電磁環(huán)境不同，換流變壓器運行條件與常規(guī)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(nèi)可能含有直流分量或高次諧波分量［3］。考慮到現(xiàn)場安裝運行的在線監(jiān)測裝置數(shù)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(jié)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(jié)果的影響。

為了分析高次諧波對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響，將在線監(jiān)測裝置內(nèi)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(shè)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jiān)測裝置測量單元的原始測量數(shù)據(jù)讀取時發(fā)現(xiàn)，裝置控制器采集的256組16進制數(shù)據(jù)，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(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，量程自動轉(zhuǎn)換電路和信號調(diào)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(jié)果與檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)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(zhuǎn)換電路主要作用是將電流互感器輸出端的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；量程自動轉(zhuǎn)換電路主要作用是根據(jù)控制器發(fā)出的指令，自動實現(xiàn)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(diào)理電路主要作用是將信號幅值調(diào)至適當測量范圍內(nèi)，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(shù)據(jù)進行研究發(fā)現(xiàn)，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(shè)計的量程自動轉(zhuǎn)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(jù)，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(jīng)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(jù)，發(fā)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(jīng)過信號調(diào)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(jié)果錯誤。

3 整改對策

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

由于受到現(xiàn)場干擾因素的影響，導致表3中部分檢測結(jié)果不穩(wěn)定，無法有效記錄；而在線監(jiān)測裝置顯示的數(shù)據(jù)則較為穩(wěn)定。通過對比裝置整改后的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與鉗形電流表檢測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者測量結(jié)果的一致性得到明顯改善，說明裝置在線監(jiān)測數(shù)據(jù)異常原因分析結(jié)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(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比 mA

表4 整改后夾件接地電流檢測數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比 mA

4 結(jié)論

通過測試發(fā)現(xiàn)，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(shù)據(jù)波動不穩(wěn)定或者與真實結(jié)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(tài)評價工作帶來困難。

變壓器鐵芯和夾件接地電流在線監(jiān)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(tài)評價工作提供有效的數(shù)據(jù)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(jiān)測裝置，依據(jù)國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GDW 540.1—2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范 第1部分：通用檢驗規(guī)范》［6］，已經(jīng)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(jiān)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(xiàn)場實際測量環(huán)境，加入諧波干擾信號，以充分驗證在線監(jiān)測裝置測量結(jié)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(jiān)測裝置應用 ［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（10）：30-32.［2］耿寶宏，張軍陽，高 強.變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)分析 ［J］.東北電力技術(shù)，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(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法 ［P］.中國專利：ZL201110210033.5，2014-02-12.

［5］國家電網(wǎng)公司運維檢修部.電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測技術(shù) ［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［6］王茂軍，高 強，耿寶宏.變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置電磁兼容試驗與研究 ［J］.東北電力技術(shù)，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(shè)備技術(shù)研究。

2017-01-05）