换流站光学直流电流互感器可靠性提升与故障预警技术研究

一、需求必要性分析

光学直流电流互感器（以下简称光CT）是换流站最重要的直流电流测量设备之一，其可靠性直接影响直流控保系统稳定运行。截至2018年12月底，国网公司所辖换流站共配置3607台光CT，2018年至今仅因直流电流互感器故障引发严重及以上事故112次，其中光CT 故障占绝大部分，光CT故障已成为影响直流系统可靠稳定运行的重要因素之一。

测量高于100kV母线上的直流电流，在目前的技术水平下，综合考虑各方面的性能，只有电子式光CT和全光纤式光CT两种技术方案得到了实用化，可预计短期内没有其它可替代新原理装置。因此，研究提升现有光CT技术的可靠性和故障预警技术，是最经济、实际且有效的选择。

虽然电子式光CT和全光纤式光CT的原理截然不同，但由于内部均包含大量电子和光学元器件，均采用光纤作为信号传输介质，因此可靠性问题存在共性。这些问题包括：随着激光器模块老化或激光供能回路性能劣化，其驱动电流将增大、激光器发热增加，最终造成激光器损坏；不良的施工或检修操作、恶劣的环境条件可能造成光纤的光传输性能下降，最终引起光CT故障。

针对该现状，首先可联合光CT科研、制造、检测、运维管理单位系统性地开展两种原理光CT性能劣化

机理，得出影响光CT运行可靠性的关键因素或关键表征参量，建立故障特征库，提出产品设计制造、检测试验等方面的改进措施。进一步研究光CT关键状态参量对光CT运行可靠性的影响，建立故障现象、状态参量、环境影响量的特征关系模型，提出光CT健康状态感知的技术方案及关键算法。在此基础上开发站级光CT智能监测终端，实现站级光CT 的运行状态感知和故障定位；应用云平台技术建立光CT预警云平台实现多站监测终端的互联，并与国网相关直流监控平台融合，研究基于大数据分析的光CT云监测预警技术及远程专家诊断方法。有那样一个下午

研究光CT可靠性提升与故障预警技术，将有效支撑直流输电系统的安全稳定运行，具有较大的经济效益，主要体现在两方面：①光CT只能监测终端及云平台可对光CT故障提前预警，进而可针对性采取运维措施，降低由于光CT故障造成系统停运的风险；②从设计制造、试验检测等方面提出改进措施，可提高设备制造厂商的光CT设计制造水平，完善相关质量检测和监督机构对光CT的质量检测方法，从源头保障入网光CT质量。

二、技术现状分析

换流站使用的光CT包括电子式光CT和全光纤式光CT，均可归为电子式互感器的类别。电子式光CT采用分流器作为传感元件，在高压侧进行数据采集，通过光纤传输至低压侧，其高压侧需要激光进行供电。而全光纤式光CT采用光纤作为传感元件，基于法拉第磁光效应和安培环路定律，采用闭环调制技术实现电流的测量。

目前针对光CT故障的处理及研究，还未见对故障机理开展深层次的理论研究，也未见从大数据监测的角度来提升光CT可靠性、故障预警的实用化技术研究。大部分均从工程角度，列举故障现象、分析故障原因、提出改进方案，每年针对直流互感器故障情况进行统计。这种方式效率较低，难以准确分辨光CT的关键性能影响因素，无法侦测互感器“家族性”缺陷，难以对光CT长期运行的稳定性和可靠性进行准确评估。

武大郎别传三、需解决的问题

遭遇昨天

问题1：光学直流电流互感器运行可靠性和性能劣化机理研究

问题描述：

目前大部分研究只从直流工程运维角度，列举光CT故障现象，分析故障原因，最后提出改进方案。缺乏对光CT原理和结构特点的深入分析，及关键器件对光CT稳定性、可靠性的影响研究。针对光CT的使用场合，运行环境（如电场、磁场）对光CT运行可靠性影响及防护措施研究较少。未系统总结和分类光CT在试验检测、调试和运行期间的典型故障，并故障特征库。

预期目标：

1、系统性地开展光CT性能劣化机理，得出影响光CT运行可靠性的关键因素或关键表征参量，建立故

障特征库；

2、提出旨在提升产品可靠性的光CT设计制造、检测试验等方面的改进措施。

问题2：光学直流电流互感器健康状态感知技术研究

问题描述：

目前光CT的二次输出信号中一般包含光功率、偏振角、LED电流值、调制器驱动电压等状态参量，但其实际作用往往限于故障后的分析。缺乏在长时间累计的监测数据上开展影响光CT运行可靠性的关键因素研究。现有故障预警算法也较为简单，没有对单设备纵向历史参量、横向多设备参量、运行环境温湿度参量的多源融合处理，也缺乏在此基础上利用大数据分析和数据挖掘手段开展的光CT健康诊断和故障定位技术研究。

预期目标：

1、研究影响CT运行可靠性的关键参量，建立光CT故障现象、状态参量、环境影响量间的特征关系模型；

2、研究用于光CT健康状态在线监测的多源异构数据融合方法，提出光CT健康状态感知、故障定位的技术方案和关键算法。

课题3：光学直流电流互感器云监测预警技术开发

问题描述：

目前换流站只能对光CT设备状态进行独立、人工监测，还没有对站内光CT的关键状态参量及相关环境参量建立统一、实时更新的数据库，并进行边缘计算，形成包含光CT健康状态、故障预警、故障定位的上报终端。国网相关直流监控平台也无法融合各换流站光CT的关键状态信息。因此亟需开发光CT关键状态参量的提取、多站互联和平台融合技术，进一步开展基于大数据的光CT云监测预警及远程专家诊断等方法研究。生产可能性边界

石志高预期目标：

1、研发站级光CT智能监测终端，实现换流站光CT运行状态感知和故障定位；

2、建立基于边缘-云端架构的光CT云预警平台，与国网相关直流监控平台相融合，实现光CT的云预警和远程专家诊断。悦动召回

四、项目实施期限

本项目研究的起止时间为2021年1月至2023年12月。

五、支持经费限额

475万元。

本文发布于:2024-09-22 18:22:34，感谢您对本站的认可！

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