直流斷路器避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)

應(yīng)用背景

    由于對大功率傳遞和互聯(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越重要。高壓直流系統(tǒng)通常采用雙極大地回線運行方式。當(dāng)單極停運時，另一個運行極變成單極大地回線運行方式，兩站通過接地極構(gòu)成回路，由于單極大地運行時會造成接地極附近的變壓器產(chǎn)生很大的直流偏磁，同時接地極的壽命也與電流大小及運行時間有直接關(guān)系，因此通常情況下，單極大地回線不宜長時間運行，出現(xiàn)單極大地運行方式后，要盡快轉(zhuǎn)入單極金屬運線運行方式。此時需要對雙極中性區(qū)域的金屬回線轉(zhuǎn)換開關(guān)(MRTB)及大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)(ERTB)進行分合操作。因此，高壓直流換流站每年的運行過程中都會有少則三四次，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)換開關(guān)(MRTB)或大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)(ERTB)完成。

由于高壓直流斷路器的開斷電流沒有自身過零點，因此開斷直流電流必須強迫過零。但是，當(dāng)直流電流強迫過零時，由于直流系統(tǒng)儲存著巨大的能量要釋放出來，而釋放出的能量又會在回路上產(chǎn)生過電壓，引起斷路器斷口間的電弧重燃，以致造成開斷失敗，所以吸收這些能量就成為斷路器開斷的關(guān)鍵因素。現(xiàn)有直流工程中運行的高壓直流斷路器采用疊加電流法進行電流強迫過零，疊加電流方式又可分為有源型與無源型兩種。無源型高壓直流斷路器采用斷路器本體并聯(lián)電感和電容，由斷路器在分合過程中引起的自激振蕩，來產(chǎn)生一個交流電流，通過交流電流與直流電流疊加起來，產(chǎn)生電流過零點，從而使電弧熄滅。

因操作過程中強制部分電流改換流通路徑，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換開關(guān)斷口間的過電壓，所以必須由并聯(lián)于斷路器斷口兩端的并聯(lián)避雷器限制過電壓并吸收相應(yīng)的能量。在無源型高壓直流斷路器(MRTB/ERTB)開斷過程中，金屬氧化物避雷器需要釋放大量能量且持續(xù)時間較長，單只避雷器的熱容量無法滿足，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)測系統(tǒng)主要由無線傳感錄波裝置、集中數(shù)據(jù)收集單元和后臺軟件分析系統(tǒng)組成，系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下：

系統(tǒng)組成

    一、 無線電流傳感錄波裝置

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

    無線電流傳感錄波裝置采用等電位設(shè)計，無絕緣要求，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，安裝方式簡單，不影響高壓直流設(shè)備的持續(xù)安全運行。無線電流傳感錄波裝置內(nèi)有大容量的存儲器件，可以保存暫態(tài)電流錄波數(shù)據(jù)，并允許遠程調(diào)取電流波形。
 

    無線電流傳感錄波裝置有兩種工作模式，分別為待機模式和實時監(jiān)測模式。其工作模式的切換由后臺軟件控制。在待機模式下，無線電流傳感錄波裝置以極低的功耗運行，等待來自后臺軟件的啟動命令。在收到了后臺軟件的啟動命令之后，無線電流傳感錄波裝置進入全速運行狀態(tài)，即實時監(jiān)測模式。在實時監(jiān)測模式下，無線電流傳感錄波裝置會持續(xù)的采樣電流瞬時值并打上時間標(biāo)簽，一旦電流發(fā)生突變且超過預(yù)設(shè)定值，裝置就會記錄發(fā)生突變的時間點，并將該時間點前后工頻周波共100ms的電流波形數(shù)據(jù)存入裝置內(nèi)部的FLASH，同時裝置會將發(fā)生電流突變事件信息上報給后臺。后臺軟件根據(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)后臺命令將當(dāng)前時間之前一個小時之內(nèi)任意時間點的電流波形發(fā)送給后臺。

    二、集中數(shù)據(jù)收集單元

集中數(shù)據(jù)收集單元作為無線電流傳感錄波裝置和后臺云軟件平臺之間交互數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)單元，負責(zé)收集來自電流傳感錄波裝置的電流波形并遠傳至后臺軟件，同時它還根據(jù)后臺軟件的命令控制和管理電流傳感錄波裝置。一臺集中數(shù)據(jù)收集單元可以控制和管理最多15個無線電流傳感錄波裝置，如果所需的無線電流傳感錄波裝置個數(shù)大于15個，可以同時部署多個集中數(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、后臺軟件分析系統(tǒng)

    后臺軟件分析系統(tǒng)部署于本地服務(wù)器。后臺分析軟件能夠收集來自所有測量裝置的電流波形，進而計算出流過每支避雷器的電流波形并保存。存儲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)器通過光纖和集中數(shù)據(jù)收集單元通信。