光电流互感器在舟山多端柔性直流输电工程中的应用问题分析

赵晓明，华 文，吴 俊，柯人观

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

光电流互感器在舟山多端柔性直流输电工程中的应用问题分析

赵晓明，华 文，吴 俊，柯人观

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

介绍了舟山±200 kV多端柔性直流输电工程换流站光TA（电流互感器）配置和应用情况。通过对换流站内不控充电启动试验的波形分析，找出了光TA电流异常原因，给出了整改方案。进行了一次注流试验验证并最终通过站系统的OLT试验和STATCOM试验验证了方案的正确性。指出在柔性直流输电工程中对于光TA的测试，除了传统的精度试验外，必须增加有针对性的一次注流试验。

多端柔性直流输电；光电流互感器；OLT试验；STATCOM试验

舟山±200 kV多端柔性直流输电工程是我国也是世界第一个五端柔性直流输电工程，各换流站分别位于舟山本岛、岱山岛、衢山岛、泗礁岛及洋山岛，直流电压等级为±200 kV。

由于柔性直流输电的特殊性，在换流阀的6个桥臂中既有交流电流（额定电流280 A），也有直流电流（250 A），所以不能采用传统的电磁式电流互感器进行电流采样，必须采用可以正确传变直流的电子式或光学式电流互感器。在换流器阀侧、换流器6个桥臂、联接变压器中性点，正负直流极线处均配置有光学式电流互感器（简称光TA）。各个光TA的主要作用：阀侧光TA用于PCP（保护控制屏），交流连接线保护、桥臂电抗器差动保护；桥臂光TA用于阀控（VBC）控制，MMC（模块化多电平换流器）子模块均压策略，MMC子模块充电判别，VBC保护，桥臂电抗器差动保护；极线光TA用于直流线路保护；联接变中性点光TA用于交流连接线差动保护和联接变零序过流保护等。

1 STATCOM方式下不控充电电流输出异常现象分析

在舟泗站STATCOM（静止同步补偿器）方式下换流器不控充电试验时发现多个光TA测量数值有异常。图1为换流器不控充电时的电流波形。

图1中iA，iB，iC为联接变阀侧TA（传统电磁式TA）三相电流，ia，ib，ic为交流连接线光TA三相电流，可以看出在不控充电时，联接变阀侧TA一直有电流输出，而交流连接线光TA在不控充电的初期无电流输出，仅在400 ms后有微小电流输出。根据换流站的一次接线形式，流过联接变阀侧TA和流过交流连接线光TA的一次电流应该是一致的，但是录波图中显示电流采样不一致，同样发现上下桥臂电流光TA也有类似现象。

网侧定功率控制需要交流连接线光TA，同时MMC子模块均压策略、充电判别也需要桥臂光TA。OLT（空载加压试验）和零功率下STATCOM试验，都会运行在小功率的工况下，换流阀解锁达到稳态后电流很小，只有几个安培，如果此时光TA不能对小电流正确传变，必然要影响到定功率控制策略和MMC子模块均压及充电判别。

图1 换流器不控充电时光TA与传统TA波形

2 光TA一次注流试验验证

发现光TA异常后，立即停止试验。决定现场进行光TA一次电流注入试验，寻找采样异常原因和复现。试验共进行了6项，试验波形见图2（a）—（f）。

（1）试验1波形见图2（a），加5 A交流阶跃电流，录波图中显示电流初期电流基本为零，后期有小电流，这与实际换流阀不控充电光TA电流波形一致。

（2）试验2波形见图2（b），加20 A交流阶跃电流，前3个周波电流过零时电流发生严重畸变。

（3）试验3波形见图2（c），加5 A交流稳态电流，电流缓慢升高，需要经过4 s才能达到稳态。

（4）试验4波形见图2（d），加5 A，10 A，20 A交流阶跃电流，各阶段持续500 ms，波形仅显示20 A的电流。

（5）试验5波形见图2（e），加5，10，20，0，5，10，20 A阶跃电流，除0电流时间段，其余每段电流持续时间500 ms，0电流时间段持续时间1 s。波形显示，第1次阶跃5 A时，前100 ms显示为0 A，10 A返回时有700 ms噪声，后300 ms噪声被抑制。第2次阶跃5 A时，前100 ms显示为0 A，10 A返回时有700 ms噪声，后300 ms噪声被抑制。

（6）试验6波形见图2（f），加-5 A直流叠加10 A交流，波形显示电流波形出现明显畸变，波形有缺口，直流偏置则显示正确。

通过上述试验表明，光TA对交直流电流的传变的确存在问题。后经排查，发现光TA电子单元程序中厂家投入了“零漂抑制”功能，此功能虽可以抑制零漂，但是明显使传变失真，小电流初期被滤掉，需要一定时间才可达到稳态，大电流的动态性能则变得很差。

图2 光TA一次注流试验波形

3 光TA整改后重新验证

要求厂家退出光TA“零漂抑制”功能，重新试验，施加稳态2 A交流电流，试验结果表明，光TA噪声很大，峰值为20 A，2 A的基波小电流被噪声完全淹没，见图3。所以仅仅退出“零漂抑制”功能不能满足现场需求，必须重新考虑整改方案。

图3 退出零漂抑制加稳态2 A交流电流试验

3.1 整改方案1

光TA采用基波滤波方式，并进行试验验证。

（1）试验1波形见图4（a），施加5 A直流电流，结果显示直流电流无法检测到。

（2）试验2波形见图4（b），施加10 A交流并叠加5 A直流，结果只显示交流分量，直流电流无法检测到。

（3）试验3波形见图4（c），施加10 A基波叠加5 A二次谐波电流，试验结果表明，谐波电流幅值被衰减，5 A的二次谐波实际显示仅1.644 A。

上述试验表明整改方案1不能满足现场要求。

3.2 整改方案2

光TA采用500 Hz低通滤波器，并再次进行试验验证。

（1）试验1波形见图5（a），加20 A，10 A，5 A交流各2 s阶跃电流。测试结果显示，电流持续时间均为2 s，电流波形无畸变。

（2）试验2波形见图5（b），加3 A稳态交流电流，结果显示较为明显的正弦波，交流小电流分辨率满足要求。

（3）试验3波形见图5（c），5 A直流叠加10 A交流，测试结果显示，基波电流与直流电流都存在。

（4）试验4波形见图5（d），10 A基波叠加5 A二次谐波电流，基波和二次谐波电流均显示正确。

（5）试验5波形见图5（e）所示，为直流电流阶跃试验，测试结果显示，光TA能够显示直流电流，幅值基本正确，阶跃响应时间为1.2 ms。

（6）试验6波形见图5（f），试验测得光TA产生的背景噪声峰值约为3.6 A，基本满足控制保护装置对噪声干扰水平的要求。

（7）试验7波形见图5（g），为光TA采样延时测试，经计算延时为755 μs，基本满足要求。

上述试验表明整改方案2基本满足现场要求。

4 站系统启动试验实测

在光TA采用整改方案2的滤波程序后，进行了舟泗站的站系统启动试验。图6为站系统启动试验实际试验波形。

试验1：自动OLT试验，图6（a）显示自动OLT试验中直流电压波形平滑，表明光TA不影响OLT零功率控制。

试验2：STATCOM方式下15 Mvar无功稳态运行试验，图6（b）显示无功功率平滑，表明光TA不影响STATCOM运行方式。

试验 3：STATCOM方式下功率阶跃试验（10-0-10 Mvar阶跃试验），图6（c）显示无功功率动态响应满足要求，表明光TA不影响对STATCOM运行方式下功率阶跃。

图4 光TA采用基波滤波方式

图5 光TA采用500 Hz低通滤波器

图6 站系统启动试验波形

综合上述TA一次注流试验和泗礁站站系统启动试验，表明光TA在增加500 Hz低通滤波器后，满足现场需求。

5 结语

通过大量测试实例，给出了光TA小电流响应问题的解决方案。在柔性直流输电工程中，光TA的测试除了传统的精度试验外，宜增加以下试验项目：

（1）小电流精度试验，对于换流器零功率解锁至关重要。

（2）直流电流试验，验证光TA对直流分量的传变特性。

（3）直流试验+交流试验，验证桥臂电流光TA对交直流分量的传变特性。

（4）直流动态试验，验证光TA对直流分量的动态响应特性。

（5）交流动态试验，验证光TA对交流分量的动态响应特性。

（6）交直流动态试验，验证光TA对交直流流分量的动态响应特性。

（7）基波+二次谐波试验，验证光TA对二次谐波分量的传变特性，用于桥臂电流环流抑制。

（8）采样延时试验，用于补偿交流连接线差动电流以及控制系统参考波的修正。

[1]张桂斌，徐政，王广柱．基于VSC的直流输电系统的稳态建模及其非线性控制[J]．中国电机工程学报，2002，22（1）∶17-22．

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[5]袁季修，盛和乐，吴聚业．保护用电流互感器应用指南[M].北京：中国电力出版社，2003．

（本文编辑：杨 勇）

Analysis on the Application of Optical Current Transformer in Zhoushan Multi-Terminal Flexible DC Transmission Project

ZHAO Xiaoming，HUA Wen，WU Jun，KE Renguan
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces configuration and application of optical TA（current transformer）in converter station of Zhoushan±200 kV multi-terminal flexible DC （direct current）transmission project.By waveform analysis of the non-controlled charging and startup test，the reason of abnormal TA current is detected and the rectification scheme is presented.A current injection test is conducted for verification，and the effectiveness of the scheme is verified by OLT（open line test）test and STATCOM （static synchronous compensator）test substation system.The paper indicates that t in addition to traditional precision test there must be an additional current injection test for optical TA test.

multi-terminal flexible DC transmission；optical current transformer；OLT test；STATCOM test

TM866

B

1007-1881（2015）07-0023-03

2015-02-16

赵晓明（1976），男，高级工程师，研究方向为电力系统继电保护及控制。