張青偉 宗萬里 李 然 陳大鵬

（1. 許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2. 國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，浙江 義烏 310018；3. 國網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，南京 211100）

隨著我國經(jīng)濟社會高度發(fā)展，電力需求有了持續(xù)穩(wěn)定的增長，特高壓直流輸電工程已經(jīng)成為解決電力資源配置的高效環(huán)保方式。晉北到南京±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)工程即為國家電力系統(tǒng)重點規(guī)劃的實現(xiàn)“晉電下江南”的重要輸電通道，特高壓直流輸電工程中接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)為保證接地極線路可靠持續(xù)監(jiān)測的重要子系統(tǒng)，對于大地回線方式下的系統(tǒng)運行有決定性的影響。通過查閱國內(nèi)相關(guān)特高壓直流輸電工程資料，目前國內(nèi)針對接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)研究較少，對于引起接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)干擾的專項研究更少。本文主要對接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)干擾問題進行了分析，指出導(dǎo)致這一問題的幾種因素，并針對性的提出工程解決措施，為今后中國特高壓直流輸電工程接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)的施工提供參考。本文提出的方案和措施已經(jīng)在晉北到南京特高壓直流輸電工程中實施，效果明顯[1-2]。

1 接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)原理及工程現(xiàn)場系統(tǒng)試驗情況

1.1 接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)原理

接地極線路阻抗監(jiān)視系統(tǒng)的原理是通過向接地極注入高頻交流電流，測量注入點的對地電壓。通過電流和電壓計算接地極線路上的阻抗，以此衡量接地極線路的工況。一個突然數(shù)量級的阻抗變化表明接地極線路處于開路或者接地故障，然后接地極線路監(jiān)視系統(tǒng)進行告警，如圖1所示[3-5]。

晉南特高壓直流輸電工程現(xiàn)場實施時，按照原理圖進行接線，其中圖1中的信號電纜即為測量電流傳輸電纜，HCM3000系統(tǒng)作為采樣主機，根據(jù)測量到的電流變化判斷接地極線路故障情況。尤其需要注意的是，本系統(tǒng)采用高頻交流信號，一般為13.95kHz，注入交流小電流幅值一般為100～200mA左右，因此測量環(huán)節(jié)干擾對接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)影響巨大，必須采取一系列措施消除或者降低測量環(huán)節(jié)的干擾。

圖1 接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)原理圖

工程實際中接地極阻抗就地柜放置在直流場中，包括圖1中的匹配變壓器部分及相關(guān)除濕傳感器加熱器等，實物接線如圖2所示。

圖2 接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)就地柜

1.2 工程現(xiàn)場系統(tǒng)試驗問題

2017年4月，晉南特高壓直流輸電系統(tǒng)工程進行現(xiàn)場系統(tǒng)試驗?，F(xiàn)場記錄接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測到的不同工況下接地極的阻抗數(shù)據(jù)見表1。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，在系統(tǒng)閉鎖條件下，接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量的接地極阻抗實部和虛部波動范圍很小，能夠準(zhǔn)確測出接地極入地點預(yù)先串接的標(biāo)準(zhǔn)電阻。但是在系統(tǒng)解鎖運行后，測到的電阻數(shù)據(jù)實部虛部都有較大的抖動，接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計原則告警判據(jù)如圖3所示。

表1 接地極阻抗數(shù)據(jù)

圖3 接地極阻抗異常判據(jù)

式中，R標(biāo)準(zhǔn)一般默認為接地極線路入地點串聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)電阻；I標(biāo)準(zhǔn)一般提前會被調(diào)校為0；Z死區(qū)一般小于50Ω。

接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測到的接地極線路阻抗在解鎖條件下波動幅度過大，導(dǎo)致其告警判據(jù)動作結(jié)果不能正確反應(yīng)接地極線路的故障工況，這對特高壓直流輸電系統(tǒng)的正常運行存在重大隱患[6-9]。

2 接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)干擾因素分析

2.1 信號電纜接線方式

圖1中信號電纜從主控樓經(jīng)過換流變廣場到直流場，與強電電纜都在同樣電纜溝內(nèi)，距離大概280m，其中傳輸?shù)母哳l電流信號只有100～200mA，非常容易受到沿線強電信號干擾。

一般要求采用雙絞雙屏蔽線，其中要求外屏蔽層雙端接地，內(nèi)屏蔽層單端接地，保證對于高頻外部干擾和低頻外部干擾都有較好的防護效果。屏蔽層剝開一定要在信號電纜兩側(cè)屏柜內(nèi)，否則過早剝開會導(dǎo)致剝開外漏的部分引入外部感應(yīng)干擾[10]。

2.2 接地極阻抗監(jiān)視就地柜接地方式

接地極阻抗監(jiān)視就地柜被放置于直流場，主要包括匹配變壓器及相關(guān)除濕傳感器和加熱裝置，是連接一次側(cè)接地極線路和二次側(cè)接地極阻抗檢測系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。從圖2中可以看出，最初設(shè)計有兩個接地出線，圖中左側(cè)藍色出線一根去了接地極線一次回路路，另一根接到了直流場一次地網(wǎng)；另一個接地出現(xiàn)為圖2中的黃綠色細線，為行程開關(guān)接地、匹配變壓器一次側(cè)接地和屏蔽層接地串聯(lián)起來，同樣引線接到直流場一次地網(wǎng)。

按照上面這樣的接地方式，接地極阻抗監(jiān)視就地柜在直流場一次地網(wǎng)上存在多點接地，不可避免的存在環(huán)流，干擾了接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性[11]。

2.3 注波器參數(shù)

由接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)原理可知，系統(tǒng)將高頻小交流電流通過LC串聯(lián)注波器注入接地極線路上，要求注波器 LC參數(shù)能夠通交阻直（主要通過13.95kHz的交流電流），隔絕接地極線路上直流系統(tǒng)對接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)的影響。

但實際生產(chǎn)調(diào)試過程中，LC參數(shù)不可能理想化，接地極線路以及中性線上的直流系統(tǒng)也可能通過注波器對接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)產(chǎn)生干擾。

3 接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)干擾因素解決方法

1）信號電纜

按照設(shè)計要求，改進了內(nèi)外屏蔽層接線方式，按照外屏蔽層雙端接地，內(nèi)屏蔽層單端接地。同時，將屏蔽層剝線處轉(zhuǎn)移到信號電纜兩側(cè)屏柜內(nèi)部，保證信號電纜始終處于良好的屏蔽保護下。

2）接地極阻抗監(jiān)視就地柜接線方式

接地極阻抗監(jiān)視就地柜裝置一次出線采用雙點接地方式，地網(wǎng)中存在的微弱環(huán)流會對接地極線監(jiān)視測量結(jié)果造成干擾，故調(diào)整接地極在線監(jiān)測一次側(cè)接線方式為一點接地：調(diào)整如圖4所示，接地極阻抗監(jiān)視就地柜裝置接地線從一次出線孔引出后，直接引至設(shè)備桿段接地端子，保證該引出點僅一點接地。

3）注波器參數(shù)校正

一般電容生產(chǎn)后電容固定，現(xiàn)場只能對電感進行調(diào)節(jié)，使得注波器的 LC參數(shù)能夠盡可能達到通交阻直并且最優(yōu)先通過 13.95kHz交流小電流的要求。串聯(lián)諧振頻率計算公式為

圖4 接地極阻抗監(jiān)視就地柜接地方式更改

現(xiàn)場測量電容器實際參數(shù)后，調(diào)節(jié)電感L的參數(shù)使其滿足諧振頻率f在13.95kHz。

4）二次控保程序調(diào)節(jié)

針對以上3種導(dǎo)致接地極阻抗監(jiān)視測量環(huán)節(jié)干擾因素被調(diào)整后，仍然會有小幅度的干擾，經(jīng)系統(tǒng)試驗實際測試，此時測到的電阻在標(biāo)準(zhǔn)阻抗附近波動范圍明顯變小，只有30Ω左右。

考慮到接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)告警延時為10s，阻抗死區(qū)范圍一般幾十Ω，相比較于直流系統(tǒng)中其他的控制保護部分，屬于慢速非精確系統(tǒng)，此時對一次側(cè)和測量環(huán)節(jié)再進行進一步的精確改進已經(jīng)非常困難.在測量結(jié)果線路阻抗已經(jīng)大幅優(yōu)化情況下，可以考慮在二次控制保護程序中對相關(guān)測量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，其中最有效的一種方法是，對60個執(zhí)行周期（每周期16ms）采集到的數(shù)據(jù)進行求平均值，以此數(shù)據(jù)作為PI控制器的輸入，如圖5所示。

圖5 60個周期平均值處理邏輯

4 結(jié)論

在晉南特高壓直流輸電工程中，系統(tǒng)試驗開始時發(fā)現(xiàn)接地極阻抗監(jiān)視測得接地極線路阻抗數(shù)據(jù)波動較大，影響相關(guān)功能使用，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運行時的接地極線路故障工況監(jiān)測。針對影響其測量環(huán)節(jié)的幾個干擾因素進行分析，提出有針對性的改進方案，同時改進二次控保程序控制器對相關(guān)測量信號量的優(yōu)化處理，最終實現(xiàn)了在接地極線路短路或者斷路時的故障工況的及時準(zhǔn)確檢測，系統(tǒng)試驗時接地極線路短路工況下檢測結(jié)果如圖6所示。接地極線路斷路工況下檢測結(jié)果如圖7所示。

圖6 接地極線路短路工況檢測結(jié)果

圖7 接地極線路斷路工況檢測結(jié)果

由此可知，經(jīng)過對接地極線路阻抗監(jiān)視系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)的干擾進行有效處理，極大地改善了系統(tǒng)監(jiān)視能力，同時在控保系統(tǒng)對測量信號進行優(yōu)化處理，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠持續(xù)的對接地極線路工況進行監(jiān)視。改進后的接地極阻抗監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)順利投入運行，為晉北-南京±800kV特高壓直流輸電工程的穩(wěn)定可靠商業(yè)化運行提供了堅實的保障。

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