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。

因操作过程中强制部分电流改换流通路径，会导致转换开关断口间的过电压，所以必须由并联于断路器断口两端的并联避雷器限制过电压并吸收相应的能量。在无源型高压直流断路器(MRTB/ERTB)开断过程中，金属氧化物避雷器需要释放大量能量且持续时间较长，单只避雷器的热容量无法满足，因此一般采用多支避雷器并联的方式，为了保证流过各支避雷器的电流水平均衡，并联避雷器必须具有基本一致的运行特性，如果并联的避雷器中有一只特性变差(由于受潮或者劣化)，比其它避雷器器具有较低的残压，该避雷器将流过比其它避雷器大得多的电流，那么该避雷器就有可能被击穿(热崩溃)。

系统结构介绍

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

系统组成

    一、 无线电流传感录波装置

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。

    无线电流传感录波装置采用等电位设计，无绝缘要求，可安装在设备的高、低压侧连接导线或母排等任意位置。无线电流传感录波装置采用非侵入，非破坏式的安装方式，不需要拆除设备的连接引线，安装方式简单，不影响高压直流设备的持续安全运行。无线电流传感录波装置内有大容量的存储器件，可以保存暂态电流录波数据，并允许远程调取电流波形。
 

    无线电流传感录波装置有两种工作模式，分别为待机模式和实时监测模式。其工作模式的切换由后台软件控制。在待机模式下，无线电流传感录波装置以极低的功耗运行，等待来自后台软件的启动命令。在收到了后台软件的启动命令之后，无线电流传感录波装置进入全速运行状态，即实时监测模式。在实时监测模式下，无线电流传感录波装置会持续的采样电流瞬时值并打上时间标签，一旦电流发生突变且超过预设定值，装置就会记录发生突变的时间点，并将该时间点前后工频周波共100ms的电流波形数据存入装置内部的FLASH，同时装置会将发生电流突变事件信息上报给后台。后台软件根据需要调取各装置内的录波电流波形。此外，装置也可根据后台命令将当前时间之前一个小时之内任意时间点的电流波形发送给后台。

    二、集中数据收集单元

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。

    集中数据收集单元被安装于专用的电气柜内，通过电气柜内的外接交流220V供电。该专用的电气柜要求就近安装于避雷器的位置。

    三、后台软件分析系统

    后台软件分析系统部署于本地服务器。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。