特高壓換流站直流分壓器原理及故障處理

蔡 濤

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

在電力運(yùn)輸過程中，特高壓換流站內(nèi)配備了特有的直流分壓器。直流分壓器的測量對象是直流電壓，功能和交流電壓互感器相同。在目前投運(yùn)的直流輸電中，直流分壓器用于測量極母線和中性母線直流電壓，測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳遞到換流站，再根據(jù)數(shù)據(jù)情況對特高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。在電力電網(wǎng)系統(tǒng)中，直流分壓器的故障率比交流分壓器高，故障后更容易造成電荷損失。

1 直流分壓器結(jié)構(gòu)與原理

1.1 直流分壓器結(jié)構(gòu)

極母線直流分壓器本體一次設(shè)備分為分壓單元和平衡單元兩部分，其各組成部件如圖1 所示。

圖1 直流分壓器結(jié)構(gòu)

分壓單元和平衡單元是直流分壓器的重要組成部分，直流分壓器的平衡單元后接分壓板和隔離放大器，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對故障進(jìn)行處理。

1.2 直流分壓器原理

直流分壓器本體保護(hù)為SF6壓力低保護(hù)，分壓器上的密度繼電器有3 個(gè)接點(diǎn)。

繼電器三個(gè)不同接點(diǎn)分別對應(yīng)SF6壓力低一段報(bào)警，SF6壓力低二段報(bào)警，SF6壓力低跳閘。不同分段報(bào)警值不同，一段報(bào)警值0.3 MPa，二段報(bào)警值0.27 MPa，跳閘值0.22 MPa。每個(gè)直流分壓器配備3 個(gè)密度繼電器，整個(gè)直流分壓器共3 個(gè)跳閘接點(diǎn)，當(dāng)直流分壓器SF6壓力低于跳閘值時(shí)，通過極保護(hù)實(shí)現(xiàn)“三取二”跳閘出口判別。

如圖2 所示，特高壓直流工程直流分壓器采用阻容分壓器形式，由兩部分組成：一是高壓單元，即圖中高壓臂，由很多級的電阻和電容串并聯(lián)組成，圖中以R1(分壓電阻)和C1(均壓電容)表示；二是低壓測量系統(tǒng)，即圖中低壓臂，低壓單元由電阻R2 和電容C2 構(gòu)成，兩者并聯(lián)。低壓系統(tǒng)還包括二次測量系統(tǒng)，由R3 和C3 并聯(lián)組成。

圖2 直流分壓器原理

在直流分壓器的低壓橋臂中，電阻R2 的作用是與R1 構(gòu)成分壓器，降低電路中電壓。電容C2能夠補(bǔ)償高壓臂中的電容量，在安裝完直流分壓器之后，需要對電容C2 進(jìn)行調(diào)整，以使C2 與二次測量系統(tǒng)C3、電纜電容C4 相匹配，用于系統(tǒng)測量。

2 典型案例分析

2020-09-15，在對電力線路進(jìn)行巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)某特高壓換流站后臺極1 極保護(hù)系統(tǒng)(A 系統(tǒng))存在故障，表現(xiàn)為直流極母線直流分壓器SF6壓力低閉鎖。以雙極四換流器大地回線降壓640 kV 方式的方式運(yùn)行，雙極未閉鎖，功率未損失，功率1 000 MW。針對這種情況，進(jìn)行分析和處理。

2.1 故障初步分析

現(xiàn)場檢查，極1 直流分壓器SF6表計(jì)壓力A/B/C 正常，保護(hù)屏柜內(nèi)相關(guān)繼電器無明顯異常；檢查極1 極保護(hù)PPR1A 屏、PPR1B 屏、PPR1C 屏，發(fā)現(xiàn)A 套保護(hù)內(nèi)開入極1 直流分壓器SF6氣體壓力低信號(K339 繼電器為高電平)，B 套、C 套無輸入信號。對分壓器表進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。

由于極母線SF6壓力低設(shè)置了2 級告警和1級跳閘，警報(bào)和跳閘信號分別接入極控和極保護(hù)。OWS 后臺僅報(bào)“極1 極保護(hù)系統(tǒng)A：直流極母線直流分壓器SF6壓力低閉鎖”，極控系統(tǒng)無警報(bào)。初步判斷為開入保護(hù)系統(tǒng)的外部接點(diǎn)誤導(dǎo)通。

保護(hù)裝置PPR1A 接線至極1 極直流分壓器端子箱，該端子箱接至直流分壓器根部。

考慮到故障當(dāng)天天氣情況，現(xiàn)場挑開“直流極1 母線直流分壓器SF6壓力低跳閘”開入極1 極保護(hù)PPR1A 屏端子X301:39 后，OWS 信號復(fù)歸。直流極母線直流分壓器SF6壓力低保護(hù)發(fā)生變化，由“三取二”轉(zhuǎn)為“二取二”。

2.2 故障處理

為了探明故障原因，檢查直流控制保護(hù)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)極PPR1B，PPR1C 屏柜內(nèi)繼電器工作正常，B，C 套非電量保護(hù)系統(tǒng)，無故障信號開入。極1PPR1A 屏內(nèi)K339 繼電器指示燈亮起，用電壓表測量K339 繼電器開入端子X301:39，測得電壓為113 V，確認(rèn)外部SF6密度繼電器接點(diǎn)導(dǎo)通，將正電壓開入保護(hù)柜內(nèi)。

極1 極母線U1 直流分壓器現(xiàn)場裝有SF6密度繼電器，當(dāng)氣壓低至0.22 MPa 以下時(shí)，SF6密度繼電器接點(diǎn)信號從直流分壓器本體連接至保護(hù)屏柜，保護(hù)屏通過控保裝置實(shí)現(xiàn)非電量保護(hù)“三取二”功能，當(dāng)有兩套非電量保護(hù)發(fā)直流分壓器壓力低報(bào)警則出口，閉鎖極1。

現(xiàn)場勘查，直流分壓器距地面約3.6 m，極1 母線降壓運(yùn)行(640 kV)，安全距離9 m (參考660 kV 直流)，現(xiàn)場滿足安全工作要求。搭設(shè)絕緣梯，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場SF6密度繼電器讀數(shù)約為0.34 MPa，未到壓力低報(bào)警值，判斷表計(jì)正常。未出現(xiàn)氣體泄漏，信號應(yīng)為誤報(bào)，原因可能是端子故障。

依次測量氣體繼電器端子的輸出電壓，31 號端子電壓為+115 V，34 號端子為+115 V，32 號端子為+50 V 上下浮動(dòng)，初步判斷為32 號端子與+110 V 直流電壓端子之間絕緣下降。

對故障進(jìn)行分析，確認(rèn)為密度繼電器端子間絕緣故障，采用更換繼電器的解決方案，更換后恢復(fù)密度繼電器接線，使用SF6檢漏儀檢查，未發(fā)現(xiàn)泄漏情況，端子電壓正常?；謴?fù)“直流極1 母線直流分壓器SF6壓力低跳閘”開入極1 極保護(hù)PPR1A屏端子X301:39 后，OWS 后臺平穩(wěn)，未出現(xiàn)異常信號。

3 運(yùn)維對策分析

在換流站工作中，直流分壓器是重要設(shè)備，為多個(gè)保護(hù)提供開入量，為確保直流分壓器正常工作，運(yùn)維人員要采取合適的運(yùn)維策略，包括以下內(nèi)容：

(1) 加強(qiáng)分壓器端子箱巡檢力度，確保端子箱良好的密封性，避免受潮。

(2) 直流分壓器檢修時(shí)，應(yīng)做好分壓器非電量二次安措，避免誤動(dòng)。

(3) 密切關(guān)注直流分壓器運(yùn)行和積污程度，發(fā)現(xiàn)憎水性劣化時(shí)，及時(shí)采取噴涂PRTV 等措施。

(4) 加強(qiáng)直流分壓器密度繼電器壓力的監(jiān)視，檢查表計(jì)及本體密封情況，如發(fā)現(xiàn)SF6泄漏應(yīng)及時(shí)予以處理。

(5) 加強(qiáng)對直流電壓分壓器SF6密度繼電器表計(jì)及二次接線盒的防雨防潮管理，采取加裝防雨罩、加熱器，放置干燥劑等措施，同時(shí)定期測量回路絕緣，確保二次回路絕緣良好。