在電力系統(tǒng)中，各種諧波源產(chǎn)生的諧波會(huì)影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境，而換流器在其運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生各種諧波。若對(duì)這些諧波電流不加以控制，則會(huì)影響電力系統(tǒng)交、直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需要配置專門的濾波裝置，以補(bǔ)償直流換流器消耗的無功功率，同時(shí)濾除和減少換流過程中產(chǎn)生的諧波，以避免對(duì)交流系統(tǒng)造成的影響。對(duì)應(yīng)的交流濾波器保護(hù)裝置也就應(yīng)運(yùn)而生。

在目前變電站中，智能采樣和常規(guī)采樣同時(shí)存在已成為常態(tài)?；炻?lián)采樣的繼電保護(hù)（簡(jiǎn)稱繼保）裝置越來越多。本文以一種混聯(lián)采樣模式下的交流濾波器保護(hù)裝置為基礎(chǔ)，對(duì)其測(cè)試方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)針對(duì)混聯(lián)采樣交流濾波器保護(hù)裝置中不平衡保護(hù)測(cè)試的測(cè)試系統(tǒng)。

1 現(xiàn)狀分析

換流站是高壓直流輸電的一種特殊方式，可實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)以及不同交流電壓的電網(wǎng)互聯(lián)。為限制換流器產(chǎn)生的諧波影響，需要為換流器配置專門的交流濾波器來濾除這些諧波電流等，以保證電網(wǎng)的整體質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

交流濾波器為了達(dá)到濾除諧波的目的，其中部分電路可能要被調(diào)諧于某個(gè)諧波分量，這種諧振作用會(huì)帶來諧振過電壓或過電流，因此需要對(duì)該部分電流設(shè)計(jì)進(jìn)行特殊的保護(hù)，從而導(dǎo)致不同交流濾波器的保護(hù)配置不盡相同。圖1所示為雙調(diào)諧（高通）型雙電容器塔的電路和保護(hù)示意圖。

交流濾波器中最重要的組成部分是高端的電容器，為了有效地保護(hù)這些電容器，現(xiàn)場(chǎng)一般用H型接線連接起來，正常情況下電容器組中間的橋接線上沒有電流流過，而一旦電容器發(fā)生擊穿或熔絲熔斷等故障之后，橋上就流過了不平衡電流。通過檢測(cè)該不平衡電流可檢測(cè)電容器是否發(fā)生故障，且可由該不平衡電流看出電容的損壞程度。交流濾波器保護(hù)裝置的電容器不平衡保護(hù)，就是通過檢測(cè)不平衡電流的大小來間接計(jì)算電容器單元損壞的個(gè)數(shù)。

圖1 雙電容器塔的電路和保護(hù)示意圖

如以上電容C1動(dòng)作判據(jù)為

公式1

式中：ITA2?校正為校正后不平衡相電流；ITA3?為尾端相電流；Kset為設(shè)定閾值；In為電流設(shè)定閾值。

目前現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的交流濾波器保護(hù)裝置的不平衡保護(hù)定值通常很小，一般為幾十毫安到一百多毫安，這就要求保護(hù)裝置必須對(duì)不平衡電流有很高的測(cè)量精度。

不平衡保護(hù)計(jì)算所使用的電容器不平衡電流和尾端電流為混聯(lián)采樣，通常尾端電流為常規(guī)采樣電流互感器（current transformer, CT），電容器不平衡相電流為一種鏈路的傳輸格式（FT3）、低功率電流互感器（low power current transformer, LPCT）等數(shù)字CT。

在對(duì)交流濾波器保護(hù)裝置的電容器不平衡保護(hù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，交流濾波器保護(hù)裝置的尾端電流要通過常規(guī)測(cè)試儀的輸出加量，電容器不平衡相電流要通過智能測(cè)試儀的輸出加量，這就要求常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀分別輸出不同通道的采樣值。雖然無論是常規(guī)測(cè)試儀還是智能測(cè)試儀，單測(cè)試儀的輸出值及其精度均準(zhǔn)確可控，但不同測(cè)試儀輸出不同類型的采樣值，卻難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、同步和可控。

電容器不平衡保護(hù)的計(jì)算對(duì)混聯(lián)采樣值的實(shí)時(shí)性、同步性、可控性和精度的要求都很高。因此，采用測(cè)試儀直接輸出采樣值的方法，輸出混聯(lián)采樣的電參量，輸出值的隨機(jī)性大。在實(shí)測(cè)使用該值進(jìn)行不平衡保護(hù)計(jì)算時(shí)，不平衡度的隨機(jī)誤差很大。在這種情況下，要保證混聯(lián)采樣不平衡保護(hù)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，就存在較大的困難。

2 設(shè)計(jì)方案

本文提出一種針對(duì)混聯(lián)采樣模式下不平衡保護(hù)的測(cè)試方法，并設(shè)計(jì)該測(cè)試系統(tǒng)，用于解決在進(jìn)行該繼電保護(hù)裝置性能測(cè)試時(shí)，常規(guī)繼保測(cè)試儀、智能繼保測(cè)試儀的輸出值不同步，測(cè)試結(jié)果隨機(jī)、不確定且不能保證測(cè)試結(jié)果可靠性的問題。

2.1 系統(tǒng)組成

測(cè)試系統(tǒng)包括同步模塊、第一控制模塊、第二控制模塊、常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀。測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖2所示。當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將測(cè)試系統(tǒng)通過不同的控制模塊分別與測(cè)試儀進(jìn)行連接，將常規(guī)繼保測(cè)試儀連接第一控制模塊，智能繼保測(cè)試儀連接第二控制模塊，將常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀分別連接被試?yán)^保裝置。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2.2 同步模塊設(shè)計(jì)

同步模塊包括同步對(duì)時(shí)功能和同步控制功能。

同步對(duì)時(shí)功能采用全球定位系統(tǒng)（global posi- tioning system, GPS）對(duì)時(shí)等方法，保證了對(duì)時(shí)可靠、準(zhǔn)確和高效，確保第一控制模塊和第二控制模塊這兩個(gè)控制模塊的系統(tǒng)時(shí)間盡可能保持一致。

由同步模塊發(fā)出控制指令，使這兩個(gè)控制模塊在同步控制命令的統(tǒng)一指揮下協(xié)同工作。為提高控制同步水平，控制命令采用開關(guān)量輸出DO方式輸出，第一控制模塊和第二控制模塊以開關(guān)量輸入DI輸入端口接收該信號(hào)。對(duì)時(shí)系統(tǒng)與測(cè)試儀的連接示意圖如圖3所示。

圖3 對(duì)時(shí)系統(tǒng)與測(cè)試儀的連接示意圖

以GPS對(duì)時(shí)為例，對(duì)時(shí)精度為10◆s，以輸出電流為1A來計(jì)算，GPS同步對(duì)時(shí)后的電流輸出同步誤差達(dá)到0.005mA以內(nèi)。以尾端電流二次值為100A、不平衡度為1%來計(jì)算，校正后的不平衡電流為1A。該測(cè)試儀輸出的同步誤差，滿足不平衡保護(hù)的誤差要求。在使用同步模塊進(jìn)行同步對(duì)時(shí)和同步控制后，使不同測(cè)試儀的輸出值得到同步，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 測(cè)試連接

圖4所示為混聯(lián)采樣的濾波器繼保裝置連接示意圖。常規(guī)繼保測(cè)試儀與常規(guī)采樣輸入回路（如電流互感器CT/電壓互感器PT）以及常規(guī)開關(guān)量輸入/輸出進(jìn)行連接。智能繼保測(cè)試儀與裝置的數(shù)字采樣輸入通道（如采樣值SV）以及智能站面向通用對(duì)象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）輸入/輸出進(jìn)行連接。

圖4 測(cè)試儀與被試?yán)^保裝置的連接示意圖

3 測(cè)試實(shí)施

3.1 測(cè)試要求

如圖3所示，同步模塊應(yīng)至少包括兩組同步電纜接口，并通過同步電纜分別連接第一控制模塊、第二控制模塊的對(duì)時(shí)端口和DI輸入端口。第一控制模塊連接常規(guī)繼保測(cè)試儀，第二控制模塊連接智能繼保測(cè)試儀。

如圖4所示，被試?yán)^保裝置的采樣輸入分別通過常規(guī)測(cè)試儀和智能測(cè)試儀來施加。若被試?yán)^保裝置的輸出反饋能直接連接到測(cè)試儀，則通過電纜直接連接。實(shí)際的保護(hù)連線與保護(hù)配置應(yīng)保持一致。

若被試?yán)^保裝置的反饋方式不同，則不能直接連接測(cè)試儀，可通過智能終端等輔助設(shè)備，將GOOSE信號(hào)轉(zhuǎn)換成裝置接收要求方式的反饋，再連接到繼保測(cè)試儀和被試?yán)^保裝置，以使本測(cè)試系統(tǒng)能適應(yīng)更多輸入/輸出方式的被試?yán)^保裝置。

在對(duì)混聯(lián)采樣交流濾波器繼保裝置的不平衡保護(hù)進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，如尾端電流采用常規(guī)采樣CT，電容器電流可采用空心線圈、LPCT或FT3采樣方式，那么電容器不平衡保護(hù)性能測(cè)試就需要使用本文中所述的測(cè)試系統(tǒng)。

3.2 具體測(cè)試實(shí)施

首先分別將同步模塊連接第一控制模塊、第二控制模塊，再將第一控制模塊和第二控制模塊分別連接常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀，最后將常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀與被試?yán)^保裝置進(jìn)行連接。將測(cè)試系統(tǒng)的同步模塊通過同步對(duì)時(shí)和同步控制命令，保證常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀間輸出的實(shí)時(shí)同步性。

根據(jù)保護(hù)原理和邏輯編制相應(yīng)保護(hù)的測(cè)試用例，并按其測(cè)試用例，常規(guī)繼保測(cè)試儀進(jìn)行常規(guī)信號(hào)輸出，智能繼保測(cè)試儀進(jìn)行數(shù)字信號(hào)輸出；再通過被試?yán)^保裝置的反饋，來判斷被試?yán)^保裝置性能的正確性。

3.3 測(cè)試注意事項(xiàng)

在對(duì)被試?yán)^保裝置進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，同步模塊向第一控制模塊和第二控制模塊輸出同步控制命令，保證兩個(gè)控制模塊輸出信號(hào)的同步。常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀在各自所連接的控制模塊的控制下，將同步后的故障量各自輸出給被試?yán)^保裝置。

但在實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)中，即使系統(tǒng)時(shí)間和控制命令是同步的，不同的常規(guī)繼保測(cè)試儀和智能繼保測(cè)試儀的輸出延遲時(shí)間也可能不同，此時(shí)，需要根據(jù)測(cè)試儀的輸出特性，通過調(diào)整控制模塊參數(shù)的控制輸出進(jìn)行微調(diào)，以盡量補(bǔ)償由于繼保測(cè)試儀間的輸出特性差異而導(dǎo)致的故障輸出不同步。

該實(shí)例在LPCT采樣方式下對(duì)電容器電流進(jìn)行測(cè)試，H橋結(jié)構(gòu)的電容器連接如圖1所示。在濾波器第一次充電或在更換電容器后，需要對(duì)電容器的不平衡電流進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)際操作時(shí)，需要對(duì)常規(guī)采樣的尾端電流和LPCT采樣的電容器電流分別進(jìn)行校準(zhǔn)。

根據(jù)電容C1動(dòng)作判據(jù)公式，通過改變施加的電容器電流值來模擬元件故障造成橋中流過不平衡電流，進(jìn)而間接計(jì)算電容器被損壞的個(gè)數(shù)。當(dāng)其被損壞達(dá)到表1所示的不平衡度報(bào)警值或跳閘值時(shí)，該保護(hù)發(fā)出告警信號(hào)或跳閘。電容器不平衡度定值測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 電容器電流不平衡度定值設(shè)置

表2 電容器不平衡度定值測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本文分析了混聯(lián)采樣繼保裝置性能測(cè)試的現(xiàn)狀及存在的問題，構(gòu)建了混聯(lián)采樣繼保裝置測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)已被成功應(yīng)用于山東臨沂±800kV特高壓直流輸電工程等項(xiàng)目。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

本文設(shè)計(jì)的混聯(lián)采樣繼保裝置測(cè)試系統(tǒng)，保證了被試?yán)^保裝置混聯(lián)采樣輸入值的實(shí)時(shí)同步性，解決了混聯(lián)采樣不平衡保護(hù)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性難以保證的問題，使被試?yán)^保裝置的性能測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確和可靠，避免了測(cè)試結(jié)果的隨機(jī)性和不確定性。本測(cè)試系統(tǒng)對(duì)混聯(lián)采樣繼保裝置測(cè)試水平的提高和推廣應(yīng)用具有重要意義。