DCB内置式全光纤电流互感器异常处理及防范措施分析

谢宇翔（国网湖南省电力公司经济技术研究院，湖南长沙410004）

DCB内置式全光纤电流互感器异常处理及防范措施分析

谢宇翔（国网湖南省电力公司经济技术研究院，湖南长沙410004）

随着智能变电站的进一步发展，模块化建设与新技术应用成为时下研究应用的重点，其中隔离断路器（DCB）内置光纤电流互感器秉承集约化的原则，在新一代智能变电站中广泛应用。本文介绍了DCB内置式全光纤电流互感器原理，对运行中常见故障点进行了分析，并提出了工程建设及运维过程中的防范措施。

DCB；熔接点；异常

为解决常规电流互感器存在高低压隔离、无法自诊断、集成度不高、体积大等问题，DCB内置式全光纤电流互感器利用法拉第磁光效应及安培环路定理，采用敏感光纤作为一次传感器对高压电流进行非介入式测量，具备强绝缘能力，具有突出的抗快速暂态过电压电磁干扰性能及可靠性；通过将光纤电流互感器与DCB高度集成，提升了设备的集成一体化、智能化、可靠性水平，具有突出的技术优势和广阔的应用前景［1］。本文介绍了DCB内置式全光纤电流互感器原理，对常见故障点进行了分析，并提出了工程建设及运维过程中的防范措施。

1 全光纤电流互感器异常告警原理

图1全光纤电流互感器原理图

图1 中，光源发出的光信号通过耦合器、波导、延迟环进入光纤敏感环，经过敏感环末端的反射镜反射后，光信号再沿延迟环、波导、耦合器进入探测器。探测器将光信号转换成电信号，经A/D变换后进行数据处理和输出。光电模块通过检测探测器处通过的光强情况分析，即可测试对应的电流的大小。

进入到探测器的光信号中包含了携带法拉第磁光效应信息的有效干涉光信号和由于光路反射、交叉耦合等引起的杂散光信号。全光纤电流互感器基于对返回到探测器的有效干涉光信号的光功率判断，当有效干涉光信号的光功率值低于设定门限时，光功率计数值增加，当光功率计数值达到光路告警门限时，全光纤电流互感器输出数据的状态字的光路告警标志位置位，通过合并单元发送光路告警GOOSE信息。

2 常见故障点分析

敏感环和反射镜位于隔离断路器内，通过预埋在绝缘子中和敷设在线槽中的铠装保偏光缆引入光电模块，如图2所示。其它光学元器件：光源、探测器、耦合器、Y波导、延迟环等集成在光电模块中。各个光学元器件之间通过光纤熔接点相连，主要的熔接点包括：敏感环与绝缘子之间的熔接点、铠装保偏光缆与绝缘子之间的熔接点（熔点1）、铠装保偏光缆与延迟环之间的熔接点（熔点2）、延迟环与耦合器B之间的熔接点、耦合器B与Y波导之间的熔接点、Y波导与耦合器A之间的熔接点、耦合器A与光源之间的熔接点、耦合器A与探测器之间的熔接点等。当上述熔接点熔接不可靠或熔接点处光纤弯曲半径过小时会引起整个光路的损耗增加，直接导致光路出现异常。此外，光源、探测器、耦合器A、耦合器B、Y波导、延迟环等光学元器件由于个体缺陷，其性能指标在产品使用过程中会逐渐劣化，从而引起整个光路的损耗增加。

图2DCB集成光纤电流互感器结构图

如上所述，影响光纤系统的稳定性主要在各熔接点以及元器件的可靠性方面。

3 影响范围及防范措施

3.1 影响范围

电流互感器作为保护系统反映一次电流的重要元件，对系统的稳定运行起着至关重要的作用。而智能变电站中的光纤互感器区别于常规互感器，虽不会造成反充电等严重故障，但其异常将直接影响继电保护装置的动作行为、计量表计的正确运转，甚至大面积停电事件，且必须停电消除缺陷，给电网带来的影响极大。

3.2 防范措施

①提高工程建设过程中熔接点的熔接质量及熔接点在运行过程中的防护程度，确保光纤通道的稳定性。主要指如图2中熔接点1、2等需工程现场完成的熔接点。②严格控制熔接作业环境，确保熔接过程中环境的温度、湿度、洁净度满足作业要求，切不可因为抢进度而造成雨天作业、交叉作业等情况的出现。③注重保偏光缆的安装工艺，严格采用铠装屏蔽光缆，使用镀锌钢管埋地敷设，弯曲处注意保持弯曲半径，接口处封堵严密，光缆敷设路径应尽量减少迂回。④确保敏感环、反射镜以及光电模块等关键设备、元器件及其连接集成的可靠性。提高其抗环境影响的能力，避免因运输、运行环境影响造成的元器件损坏和使用性能下降。⑤采用技术手段，将光功率告警门限值设定在光路劣化过程的早期阶段。当系统检测到光路劣化的趋势时，提前报警，确保在光路完全失效前完成对设备的检修。

4 工程应用分析

某220kV变电站采用DCB内置式全光纤电流互感器形式。投运半年以来，多个间隔的保护装置及综自后台均间歇性的告警并发出“光路异常”等报文。通过调取故障录波及网络分析仪的波形可以看出，告警时间段内该间隔保护电流呈现有较小毛刺的不规则正玹波，保护装置中的差流在正常范围内，无误动行为发生。经检查，排除了合并单元及保护装置的故障可能性，最终将故障定位为光纤电流互感器光路存在异常。

检查人员按照步骤首先检查熔点1、2（图2），打开熔点1的熔纤盒发现盒内水汽较重，且熔点护套内存在水渍，现场将该熔点重新熔接且将积水清理干净，并重新对熔纤盒进行打胶密封后，异常仍未消失。检查熔点2无异常。通过噪声检测仪器检查保偏光缆至敏感环通路均无异常，遂决定更换光电模块，经过更换后，告警信号消失，波形恢复正常。经相关专业的重新试验，验证新的光电模块角比差、极性等技术参数满足要求后投入运行。由于故障发现于发展初期，电流的异常并未使其数值发生明显变化，未对系统造成影响。

厂家对被更换的光电模块进行解体分析后发现光纤耦合器A耦合臂存在裂纹，且耦合器耦合臂填胶不均匀，为元器件安装工艺质量问题（如图3）。

从上述实例可以看出，光纤熔接环境、防护措施以及元器件本身的质量对于光互感器的稳定运行意义重大，而光纤互感器的提前报警机制避免了保护误动，给后续的检修维护工作预留时间。本文所述防护措施对工程建设及运行维护的指导意义较大。

图3 劣化耦合器微观检测图

5 结论

在我国不断推进智能变电站模块化建设的背景下，隔离断路器与电子式互感器的集成，进一步减少了设备数量，压缩了设备占地，具有重要意义。本文对DCB内置式全光纤电流互感器的告警原理、常见故障点进行了分析，并提出了在工程建设和运行维护过程中的防范措施，并通过工程实例应用分析验证了其先进性。对工程建设管理、施工及运行维护人员均有一定的指导意义。

［1］刘祖永，严启明，王小波，等．隔离式断路器在智能变电站中的应用［J］．湖北电力，2013，37（3）：1～3．

TM452

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2095-2066（2016）30-0081-02

2016-10-11