直流断路器避雷器在线监测系统

应用背景

    由于对大功率传递和互联电力传输与分配系统的需求不断上升，高压直流电力传输变得越来越重要。高压直流系统通常采用双极大地回线运行方式。当单极停运时，另一个运行极变成单极大地回线运行方式，两站通过接地极构成回路，由于单极大地运行时会造成接地极附近的变压器产生很大的直流偏磁，同时接地极的寿命也与电流大小及运行时间有直接关系，因此通常情况下，单极大地回线不宜长时间运行，出现单极大地运行方式后，要尽快转入单极金属运线运行方式。此时需要对双极中性区域的金属回线转换开关(MRTB)及大地回线转换开关(ERTB)进行分合操作。因此，高压直流换流站每年的运行过程中都会有少则三四次，多则上十次大地回线方式转换到金属回线(或反向)的正常操作。此项操作通常由装设在整流站中性母线的直流断路器金属回线转换开关(MRTB)或大地回线转换开关(ERTB)完成。

由于高压直流断路器的开断电流没有自身过零点，因此开断直流电流必须强迫过零。但是，当直流电流强迫过零时，由于直流系统储存着巨大的能量要释放出来，而释放出的能量又会在回路上产生过电压，引起断路器断口间的电弧重燃，以致造成开断失败，所以吸收这些能量就成为断路器开断的关键因素。现有直流工程中运行的高压直流断路器采用叠加电流法进行电流强迫过零，叠加电流方式又可分为有源型与无源型两种。无源型高压直流断路器采用断路器本体并联电感和电容，由断路器在分合过程中引起的自激振荡，来产生一个交流电流，通过交流电流与直流电流叠加起来，产生电流过零点，从而使电弧熄灭。

因操作过(guo)程中(zhong)强制(zhi)部分电(dian)流(liu)改换流(liu)通路径，会导致转(zhuan)换开关(guan)断(duan)口间(jian)的(de)过(guo)电(dian)压(ya)，所以必须由并联于断(duan)路器(qi)(qi)断(duan)口两端(duan)的(de)并联避雷(lei)器(qi)(qi)限(xian)制(zhi)过(guo)电(dian)压(ya)并吸收相应的(de)能量。在(zai)无源型高压(ya)直流(liu)断(duan)路器(qi)(qi)(MRTB/ERTB)开断(duan)过(guo)程中(zhong)，金属氧化物避雷(lei)器(qi)(qi)需要(yao)释放大量能量且持续时间(jian)较长，单只避雷(lei)器(qi)(qi)的(de)热容量无法满足，因此一般采用多(duo)支避(bi)雷(lei)器并联(lian)的方式，为了(le)保证(zheng)流(liu)过(guo)各(ge)支避(bi)雷(lei)器的电(dian)流(liu)水平均衡，并联(lian)避(bi)雷(lei)器必须具有(you)基(ji)本(ben)一致(zhi)的运(yun)行特性(xing)，如果(guo)并联(lian)的避(bi)雷(lei)器中有(you)一只特性(xing)变差(由于受潮或者(zhe)劣化)，比其它避(bi)雷(lei)器器具有(you)较低的残压，该避(bi)雷(lei)器将流(liu)过(guo)比其它避(bi)雷(lei)器大得多(duo)的电(dian)流(liu)，那(nei)么(me)该避(bi)雷(lei)器就有(you)可(ke)能被击穿(热崩溃)。

系统结构介(jie)绍

    直流断路器避雷器在线监测系统主要由(you)无线传感(gan)录波装置、集中数据收集单元和后(hou)台软件分析系统组成，系统(tong)组网(wang)图如下：

系统组成(cheng)

    一、 无线电流传(chuan)感录波装置

无线传感录波装置安装于无源型高压直流断路器的各支路避雷器引线处，与无源型高压直流断路器所在设备区的监测基站进行无线通讯。基站与直流控制系统的后台分析软件通过光纤连接，负责数据及指令的中转传输。

    无(wu)(wu)线(xian)电(dian)流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)录波装(zhuang)置(zhi)采用(yong)等电(dian)位(wei)设(she)计，无(wu)(wu)绝缘要求(qiu)，可安(an)装(zhuang)在设(she)备的高(gao)、低(di)压侧连(lian)(lian)接导线(xian)或母排等任意(yi)位(wei)置(zhi)。无(wu)(wu)线(xian)电(dian)流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)录波装(zhuang)置(zhi)采用(yong)非侵入，非破坏式(shi)(shi)的安(an)装(zhuang)方式(shi)(shi)，不需要拆(chai)除设(she)备的连(lian)(lian)接引线(xian)，安(an)装(zhuang)方式(shi)(shi)简单，不影响高(gao)压直(zhi)流(liu)(liu)设(she)备的持续安(an)全运行。无(wu)(wu)线(xian)电(dian)流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)录波装(zhuang)置(zhi)内有大容量的存储器(qi)件，可以保存(cun)暂态(tai)电流(liu)录波(bo)数(shu)据，并允许远程调取电流(liu)波(bo)形。
 

    无(wu)线电流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)(gan)录(lu)波(bo)(bo)(bo)装(zhuang)置(zhi)(zhi)有两种(zhong)工(gong)作模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)，分别(bie)为待机模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)和实(shi)时监测模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)。其工(gong)作模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)的(de)(de)(de)(de)切换由后(hou)台(tai)(tai)(tai)软件控制。在待机模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)下(xia)，无(wu)线电流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)(gan)录(lu)波(bo)(bo)(bo)装(zhuang)置(zhi)(zhi)以极(ji)低(di)的(de)(de)(de)(de)功耗运行，等(deng)待来自后(hou)台(tai)(tai)(tai)软件的(de)(de)(de)(de)启(qi)动命令(ling)。在收到了后(hou)台(tai)(tai)(tai)软件的(de)(de)(de)(de)启(qi)动命令(ling)之后(hou)，无(wu)线电流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)(gan)录(lu)波(bo)(bo)(bo)装(zhuang)置(zhi)(zhi)进入全速运行状(zhuang)态，即(ji)实(shi)时监测模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)。在实(shi)时监测模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)下(xia)，无(wu)线电流(liu)(liu)传(chuan)感(gan)(gan)录(lu)波(bo)(bo)(bo)装(zhuang)置(zhi)(zhi)会持续的(de)(de)(de)(de)采样电流(liu)(liu)瞬(shun)时值并打上时间(jian)标签，一(yi)旦电流(liu)(liu)发(fa)(fa)生(sheng)(sheng)突变(bian)且超过预设定(ding)值，装(zhuang)置(zhi)(zhi)就会记录(lu)发(fa)(fa)生(sheng)(sheng)突变(bian)的(de)(de)(de)(de)时间(jian)点(dian)，并将(jiang)该时间(jian)点(dian)前(qian)后(hou)工(gong)频周波(bo)(bo)(bo)共100ms的(de)(de)(de)(de)电流(liu)(liu)波(bo)(bo)(bo)形数(shu)据存入装(zhuang)置(zhi)(zhi)内部(bu)的(de)(de)(de)(de)FLASH，同时装(zhuang)置(zhi)(zhi)会将(jiang)发(fa)(fa)生(sheng)(sheng)电流(liu)(liu)突变(bian)事件信息上报(bao)给后(hou)台(tai)(tai)(tai)。后(hou)台(tai)(tai)(tai)软件根据需要调取各装(zhuang)置(zhi)(zhi)内的(de)(de)(de)(de)录(lu)波(bo)(bo)(bo)电流(liu)(liu)波(bo)(bo)(bo)形。此外(wai)，装(zhuang)置(zhi)(zhi)也可根据后(hou)台(tai)(tai)(tai)命令(ling)将(jiang)当前(qian)时间(jian)之前(qian)一(yi)个小时之内任意时间(jian)点(dian)的(de)(de)(de)(de)电流(liu)(liu)波(bo)(bo)(bo)形发(fa)(fa)送(song)给后(hou)台(tai)(tai)(tai)。

    二、集中数据收集单(dan)元

集中数据收集单元作为无线电流传感录波装置和后台云软件平台之间交互数据的中转单元，负责收集来自电流传感录波装置的电流波形并远传至后台软件，同时它还根据后台软件的命令控制和管理电流传感录波装置。一台集中数据收集单元可以控制和管理最多15个无线电流传感录波装置，如果所需的无线电流传感录波装置个数大于15个，可以同时部署多个集中数据收集单元。

    集中数据(ju)收集单元被安装(zhuang)于专(zhuan)用的(de)电气(qi)柜内(nei)，通过电气(qi)柜内(nei)的(de)外(wai)接交(jiao)流220V供电。该(gai)专(zhuan)用的(de)电气(qi)柜要求就近安装(zhuang)于避雷器的(de)位置。

    三、后台软件分析系统

    后台软件分析系统部署(shu)于(yu)本(ben)地服务器。后台分析软件能够收集来自所有测量装置的电流波形，进而计算出流过每支避雷器的电流波形并保存。存储各智能电流传感器电流数据并输出各组避雷器的电流分布不均匀系数，每只避雷器的特性变化，及警示特性明显不同的避雷器。服务器通过光纤和集中数据收集单元通信。