摘要：三常、三广、三沪等直流工程中广泛采用了技术先进的光CT测量系统，这些测量装置主要安装于交直流滤波器场、直流场和阀厅。在直流输电系统的运行过程中，光CT测量系统曾多次出现了故障，有些故障直接导致了直流系统的单极闭锁。光CT作为测量电流的新型设备，其运行的可靠性和稳定性直接关系到直流系统的安全稳定运行。
关键词：光CT；测量；安全；闭锁
1 概述
随着全国电力行业蓬勃发展，越来越多的直流输电工程投入运行，而作为测量电流的新型设备，光电流互感器（以下简称光CT）在各直流输电系统中得到了广泛的应用。根据国网公司科技部《±800kV直流特高压输变电工程关键技术研究施工及运行课题评审意见》文件精神，结合换流站光CT类设备运行维护过程中出现的主要问题及处理情况，进行了分析总结。
2光CT原理介绍
根据光CT的用途，可以将光CT分为以下五种类型：
1）测量直流线路和极母线电流
2）在直流滤波器高压侧测量通过直流滤波器的谐波电流
3）在直流滤波器的电容器组平衡电桥中测量谐波不平衡电流
4）在交流滤波器或交流并联电容器组高压侧测量通过交流滤波器（或交流并联电容器组）的基波电流
5）在交流滤波器或交流并联电容器组的电容器组平衡电桥中测量基波不平衡电流。
光CT基本工作原理图1-1所示，
图1 光CT工作原理示意图
不同类型的光CT结构会有一些差异，但基本工作原理一致。下面就以直流场出线光CT为例，介绍光CT基本工作原理。
光CT在测量电流时，在一次回路上串联一个6.6uΩ电阻，将直流电流转换为小电压（20mv/3000A）输入到光CT内部远方模块，光CT本体内部测量模块经过A/D转换和光电转换后将电流信号转变成光信号，再通过光纤送入安装于控制室或继电器室的控制系统主机内。洛式线圈将母线电流变成电压信号连接到另外一个远方模块，用于测量高次谐波，信号接入到直流故障定位主机中。控制系统主机内安装有光接口板（OIB板）。
3、典型事故分析
2015-04-01 日16：01：57，宜都站在进行模拟直流线路故障时，极I极保护 主机A/B系统（P1.PCPA2/B2）发” Z12直流滤波器电容不平衡保护动作”报警.当时的工况为极I在金属回线方式运行，功率为400MW。
3.1、事故原因分析
Z12直流滤波器不平衡保护逻辑在APPSOFTWARE\MAIN\PCP\MC2\MAN_CPU\PROTECTION\POLEPR软件页中.
图2-直流滤波器不平衡保护逻辑
如图可知，该保护动作的条件是Z12不平衡电流Z12_IUNB_RMS（Z12.T2电流值）大于K倍的Z12穿越电流DCFCUP_Z12_IT4_RMS（Z12.T4电流值）时，延时100ms动作，即为Z12_IUNB_RMS〉0.008*DCFCUP_Z12_IT4_RMS.
继续检查发现，DCFCUP_Z12_IT4_RMS在软件中取的是Z12.T4中用于测量的CT线圈。由于测量用CT线圈与保护用CT线圈的饱和值是不同的，所以在故障录波图上可以看到：
图3 故障录波图
故障发生的瞬间，Z12_T4_P（保护用CT线圈）为4714A，而Z12_T4_M（测量用CT线圈）为269.5A，此时的Z12_IUNB_RMS（Z12.T2电流值）为4.085A。此时将两个值分别代入判据：Z12_IUNB_RMS〉0.008*DCFCUP_Z12_IT4_RMS时发现，如果取保护用CT线圈测量值，Z12直流滤波器不平衡保护不会动作，而取测量用CT线圈测量值时，由于该CT饱和电流值（269.5A），使得制动量0.008*DCFCUP_Z12_IT4_RMS变小，Z12直流滤波器不平衡保护动作。
从故障录波可以看出，Z12_T4的量出现突变的时间，与直流线路突变量保护和行波保护动作时间基本一致。从分析可知，此时保护动作与当时的系统运行情况也有直接关系。当时由于宜都站在极I金属回线方式运行，且为对站接地，此时本站模拟靠近宜都站的直流线路接地故障，导致直流滤波器Z12的T4（接地的CT）与接地点构成了环路，大电流（4714A）从 Z12_T4流过，造成测量用CT线圈饱和。从录波可以看到从Z12_T4的量突变到Z12直流滤波器不平衡保护动作，时间为100ms左右，从事件记录上也可以看到从直流线路保护启动到Z12直流滤波器不平衡保护动作之间间隔也为100ms左右，与软件逻辑相符。
3.2、初步结论
导致本次保护动作的原因是在特殊工况下Z12_T4测量用CT线圈饱和，导致Z12直流滤波器不平衡保护制动量变小，引起保护动作。
3.3、处理建议
对于Z12_T4 CT取量是否应该采用Z12_T4_P（保护用CT线圈），使用测量CT线圈作为保护取量是考虑到保护CT的精度较低，在正常运行过程中保护CT线圈的零漂过大可能会导致直流滤波器不平衡保护误动。建议重新考虑该保护所用的Z12_T4 CT取量问题。
4、常见故障情况分析
通过一些典型故障分析和运行维护过程中出现的主要问题及处理情况，关于光CT测量系统设备故障总结如下三点：
4.1.光CT内部测量模块故障引起的光CT测量系统工作不稳定
交流滤波器光CT内部测量模块主要故障表现有：
1）光CT内部测量模块故障或运行不稳定，导致光CT测量电流不正确，从而引起交流滤波器差动保护误动作或交流滤波器电容器不平衡保护误动作。
2）光CT内部测量模块故障或运行不稳定，导致光CT监视数据不正常、光功率测量数据偏大、误码率高，从而发出告警或引起交流滤波器控制保护主机（AFP）退出运行。
4.2.光纤回路故障引起的光CT测量系统工作不稳定
光CT通过光纤连接到控制保护系统主机。光纤不仅传输光功率，还传输光脉冲数据，所以光CT对光纤的要求很高，光纤头不清洁、连接不好或光纤回路衰耗大，都可能导致光CT发误码率高告警。
光纤出现问题的原因主要有：
1）光纤回路中接头过多，光纤接头连接不好、光纤头不清洁等导致光纤衰耗过大。
2）光纤连接光CT本体和控制系统主机，敷设时经过较多盘柜后弯曲点较多，影响光信号的传输。
3）光CT对光纤回路要求较高，安装过程时的施工质量和光纤头制作工艺不佳，都会影响到光纤的运行。
光纤出现问题后，需要对光纤的接头和光信号传输情况进行检查。使用光纤测试仪的波形分析功能检查回路是否完好，使用光纤显微镜检查接头是否污损。处理的主要手段有清洁处理光纤头、重新制作光纤头和更换备用光纤等。
5、反措及建议
5.1.针对光CT内部测量模块以及光接口板卡故障的反措及建议
在运行人员工作站（OWS）的界面上有针对光CT运行情况数据的显示窗口，运行中，定期观察记录光CT的检测数据，有异常变化后，应及时分析异常的原因，并进行及时的处理。
需要对光接口板或光CT内部模块进行更换时，注意做好防静电措施，佩戴防静电护腕进行工作，避免静电损坏电路板。
5.2.针对光纤回路故障的反措及建议
建议在工程设计时尽量减少光纤的中间转接点，并选用性能优良的光纤及光纤头。
在安装敷设光纤、光缆过程必须注意光缆的弯曲度，采取措施提高光纤头的制作工艺，并检查光纤头的光衰耗率。对所有的备用光纤，要求必须有光纤头，并盖好护套。
对于光CT测量回路光纤，每次拔出后必须盖好护套，防止碰撞光纤头或者灰尘入侵；插回以前使用无水乙醇及专用清洁纸张对光纤头进行清洁。
在平时巡检中对光纤的弯曲度进行检查，尤其是年度检修过程中，对所有光纤弯曲度和周围温度等进行系统检查，发现异常尽快处理。对可能接触或靠近光纤，光缆的工作时，提醒特别注意，防止误动或破坏光纤。
参考文献：
[1] 宜都（江陵、龙泉）换流站滤波器保护说明
[2] 赵畹君 高压直流输电工程技术 中国电力出版社
[3] 《交流滤波器保护光CT改造技术方案》 南京南瑞继保电气有限公司
[4] 《±800kV直流特高压输变电工程关键技术研究施工及运行课题评审意见》 国网公司科技部
作者简介：
董臣（1986-），男，湖北宜昌，工程师，从事高压直流输电运行维护工作。
论文作者:董臣
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
标签：光纤论文; 测量论文; 滤波器论文; 电流论文; 线圈论文; 故障论文; 不平衡论文; 《电力设备》2017年第28期论文;