直流斷路器避雷器在線監測系統

應用背景

    由于對大功率傳遞和互聯電力傳輸與分配系統的需求不斷上升，高壓直流電力傳輸變得越來越重要。高壓直流系統通常采用雙極大地回線運行方式。當單極停運時，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系，因此通常情況下，單極大地回線不宜長時間運行，出現單極大地運行方式后，要盡快轉入單極金屬運線運行方式。此時需要對雙極中性區域的金屬回線轉換開關(MRTB)及大地回線轉換開關(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換到金屬回線(或反向)的正常操作。此項操作通常由裝設在整流站中性母線的直流斷路器金屬回線轉換開關(MRTB)或大地回線轉換開關(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，當直流電流強迫過零時，由于直流系統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鍵因素。現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電感和電容，由斷路器在分合過程中引起的自激振蕩，來產生一個交流電流，通過交流電流與直流電流疊加起來，產生電流過零點，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，會導致轉換開關斷口間的過電壓，所以必須由并聯于斷路器斷口兩端的并聯避雷器限制過電壓并吸收相應的能量。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的方式，為了保證流過各支避雷器的電流水平均衡，并聯避雷器必須具有基本一致的運行特性，如果并聯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)。

系統結構介紹

    直流斷路器避雷器在線監測系統主要由無線傳感錄波裝置、集中數據收集單元和后臺軟件分析系統組成，系統組網圖如下：

系統組成

    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備區的監測基站進行無線通訊。基站與直流控制系統的后臺分析軟件通過光纖連接，負責數據及指令的中轉傳輸。

    無線電流傳感錄波裝置采用等電位設計，無絕緣要求，可安裝在設備的高、低壓側連接導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，不需要拆除設備的連接引線，安裝方式簡單，不影響高壓直流設備的持續安全運行。無線電流傳感錄波裝置內有大容量的存儲器件，可以保存暫態電流錄波數據，并允許遠程調取電流波形。
 

    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，即實時監測模式。在實時監測模式下，無線電流傳感錄波裝置會持續的采樣電流瞬時值并打上時間標簽，一旦電流發生突變且超過預設定值，裝置就會記錄發生突變的時間點，并將該時間點前后工頻周波共100ms的電流波形數據存入裝置內部的FLASH，同時裝置會將發生電流突變事件信息上報給后臺。后臺軟件根據需要調取各裝置內的錄波電流波形。此外，裝置也可根據后臺命令將當前時間之前一個小時之內任意時間點的電流波形發送給后臺。

    二、集中數據收集單元

集中數據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據的中轉單元，負責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。一臺集中數據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大于15個，可以同時部署多個集中數據收集單元。

    集中數據收集單元被安裝于專用的電氣柜內，通過電氣柜內的外接交流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

    后臺軟件分析系統部署于本地服務器。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據并輸出各組避雷器的電流分布不均勻系數，每只避雷器的特性變化，及警示特性明顯不同的避雷器。服務器通過光纖和集中數據收集單元通信。