马迎新;田建光;徐忱
【摘 要】对比分析了超高压串补装置平台设备“CT供能”、“激光供能”、“电压互感器供能”等供能系统技术特点.通过详细分析500 kV汗沽串补装置乎台设备供能系统的3个典型故障,指出“电压互感器供能”技术存在的问题.为串补装置平台设备供能方式的选择提出了建议.供串补设计和运行人员参考. 【期刊名称】《华北电力技术》
【年(卷),期】2013(000)012
【总页数】127刀网5页(P53-56,59)
ccr5【关键词】串补;“CT供能”;“激光供能”;“电压互感器供能”
【作 者】马迎新;田建光;徐忱
【作者单位】耳机绕线器冀北电力有限公司检修分公司,北京102488;冀北电力有限公司检修分公司,北京102488;冀北电力有限公司,北京100053
【正文语种】中 文
【中图分类】TM452
0 引言
串联补偿装置(以下简称串补装置)是利用串接于输电线路中电容器的容抗来补偿输电线路的部分感抗，以缩短线路的等值电气距离，减少功率输送引起的电压降和功角差，从而提高线路输送容量，增强系统稳定性。近年来，在超高压交流输电中串补装置的配置达到一定的数量，并且已首次应用于1 000 kV特高压交流输电线路。
串联补偿装置中电容器组、MOV、阻尼电抗、火花间隙、保护及测控电流互感器、保护及控制电子设备等主要组件均布置在串补平台上。串补平台与线路等电位，其对地电压等于线路相电压，因此平台上保护和控制电子设备的工作电源无法通过站内直流系统直接供给。目前串补装置平台设备常用的供能方式主要有“CT供能”、“激光供能”、“电压互感器供 能”。如何为串补装置平台设备提供稳定、可靠的工作电源成为制约串补设备运行稳定性的关键问题。
1 CT供能
CT供能是目前较常用的一种串补平台设备供能方式。这种平台电源系统以平台电源电流互感器(又称取能CT)为基础，此取能CT二次侧串联了电源变压器(电压互感器或电流互感器)，通过电源变压器输出工作电源。该工作电源为信号传输和强制触发提供电力。图1为平台电源CT供能原理图。
CT供能回路通常是以晶闸管电路为基础的。为保证在任何情况下都能够提供可靠的电源，在供能系统中通常需要设置保护回路和储能回路。如图1所示，当通过平台电源的取能CT产生的电压过高时，电源变压器就被晶闸管所短路，保护负载不受高电压损坏，而此时就可通过充电单元中的储能电容器供电，确保电压触发器的运行。充电器单元连接在电源变压器二次侧，正常是闭锁的，此时储能电源不起作用。
图1 平台电源CT供能原理图
图2 平台电源激光供能原理图
2 激光供能
激光电路主要包括激光发生器、地面光缆、通至平台的光纤柱和在平台控制柜内的激光功率变换器等。激光变换器是个光电压功率变换器，通常用来将波长为780～850 nm之间的光变换成电功率。图2为平台电源激光供能原理图。
例如在西门子串补系统中，采用了L60M激光器，经芯径200μm/240μm的专用供能光纤传至平台供能系统的光电转换器，光电转换器将光能转换成为电能，电信号再经 DC/DC直流升压变换器输出稳定的直流电压。在额定功率光源下，光电转换电源模块接额定负载时检测其输出电压，电压偏差可控制在额定值的 ±3% 。
谭碧生激光供能系统设置了监测反馈回路，此回路的优点在于通过监测远程单元的工作电流来自动调节激光器的功率，以获得适当的输出光能，如在冬季低温时，可以自动调低激光器的输出功率，延长激光器的工作寿命。另外平台上的光纤直接与保护室控制保护系统相连接，平台下不再需要光纤转接盒，如此减少中间冗余环节，供能更可靠。
3 电压互感器供能
电压互感器供能即在高压母线上安装电压互感器，通过电压互感器二次侧电压或电流回路供能。华北电网500 kV汗沽串补装置平台供能系统采用了电压互感器供能(CVT供能)。该工程在串补装置低端母线上安装了CVT，CVT电容C的容值(5 200μF)选择保证了平台带电后供能回路中持续流过约0．5 A的电流，该电流流经供能变压器T11和T12的一次侧线圈，供能变压器的电压变比为1 500/750 V，从而在二次侧线圈中获得了持续约1 A的电流，该供电电流经RC回路滤波后接入串联在一起的各供电回路的“升压变压器”，升压后送各供电板卡，最后受控整流输出所需电压，输出供电电压有 24 V、300 V、1 200 V、2 400 V等4种。其原理如图3所示。
图3 电压互感器供能原理图
4 组合供能
在超高压串补装置中，常用的组合供能模式多为CT供能和激光供能配合。在正常条件下超高压线路带一定负荷，串补平台设备由CT供能系统供电，当在线路停运、空载或轻载时，
负荷电流太小，通过供能CT不能得到足够功率，串补平台设备切换至激光供能模式。CT供能和激光供能两个电源的运行是彼此搭接、无缝切换的。例如:在诺基亚串补设备中，激光电源在线路电流降到低于0．1 In时就投入工作，而CT供能电源要到线路电流降到低于0．05 In时才停止运行;而激光电源在线路电流已经增加到高于其最小线路电流值以后还继续运行20 min，而CT供能电源已经开始工作。
5 500 kV汗沽串补装置供能系统典型故障分析
5．1 供能变压器故障分析及改进
500 kV汗沽双回线串补装置投入运行后，先后出现了多次供能变压器故障。通过对供能变压器故障情况进行分析，多个变压器存在相同的损害:在同样的位置发生从一次绕组到铁芯的闪络(如图4所示)，并且绕组和铁芯之间发生闪络的位置在绕组和铁芯距离最短的地方。由于绕组和铁芯之间的绝缘距离较大，判断在串补电容器投切过程中发生变压器损坏，而稳态运行期间。
图4 供能变压器故障图片
如图5所示，供能变压器T11和T12铁心均直接安装在平台控制柜体隔板上，等效于电气连接到了柜体外壳所在的低压母线上，与500 kV低压母线等电位，两个供能变的副边也是接柜体的，于是T12铁心与一次绕组间的最大电位差就比T11大一倍左右，实际运行情况也验证了在暂态过程中与T11相比更容易损坏。而T12原边与铁心闪络后，两个变压器的原边会直接被铁芯所短接，供能回路无法正常工作。
坐式安全带图5 T11变压器原边绕组被短路示意图
考虑到先前设计的供能变压器没有考虑到足够的绝缘水平，不能满足现场环境要求，在改进过程中加强一次铁心和绕组之间的绝缘能力，以便承受平台上、断电瞬间的高电压，并增加线圈横截面积，以便承受上、断电瞬间的高电流，这样可使变压器在局部放电特性上改善。
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