高壓直流測量裝置故障特征分析及改進

康文　張宏　劉會鵬

摘 要：高壓直流測量裝置的運行情況直接影響著直流輸電系統安全穩定運行。文章主要結合換流站直流測量裝置故障情況，對其典型故障特征及采取措施進行總結，對設備運行維護人員提供一定借鑒。最后探討設備改進措施，提出搭建交直流光CT板卡測試平臺，校驗運行參數異常的設備，期望避免同類故障發生，并對其它工程提供參考，進一步提高直流輸電工程穩定性。

關鍵詞：高壓直流；直流測量裝置；故障分析；改進措施；光CT

引言

高壓直流測量裝置作為直流輸電工程關鍵元件，用于換流站控制及保護設備[1，2]，在發生故障后，分析處理復雜，設計及運維方面不足易導致直流極閉鎖[3]。文章結合國內直流輸電工程實際運行情況，對直流測量裝置典型故障及采取措施進行總結，供現場運行維護人員參考。同時探討設備改進措施，希望進一步提高直流輸電工程運行可靠性。

1 直流測量裝置故障簡介

1.1 裝置分布

換流站典型直流測量裝置布置，如圖1所示。主要包含以下位置：（1）直流出線電流IDL；（2）直流極母線電流IDP；（3）直流極中性母線電流IDNC；（4）中性母線至接地極電流IDNE；（5）中性母線連旁路母線電流IDME；（6）接地極母線電流IDEL；（7）站接地極電流IGND；（8）極母線出線電壓UDL；（9）直流場中性線電壓（UDN）。

1.2 故障分類

1.2.1 光電式直流電流互感器

主要分有源及無源式直流光電流互感器[4]，簡稱直流光CT，結合其系統框圖，故障為以下幾類：（1）一次電流傳感器故障；（2）遠端模塊故障；（3）光傳輸系統異常；（4）光接口板/合并單元故障。

1.2.2 電子式零磁通型直流電流互感器

結合電子式零磁通型直流電流互感器原理[5]。故障分為以下幾類：（1）電子測量模塊故障；（2）二次回路絕緣降低；（3）暫態過電壓保護二極管損壞接地。

1.2.3 直流電壓測量裝置

結合高壓直流分壓器原理[5]。故障分為以下幾類：（1）本體絕緣介質泄漏；（2）本體污穢閃絡；（3）本體內部放電；（4）電子分壓板損壞（接口單元裝置故障）；（5）二次回路絕緣降低；（6）光電轉換模塊故障。

2 故障特征分析及對策

2.1 光電式直流電流互感器

遠端模塊與一次電流傳感器連接故障：某站極Ⅰ光CT雙系統電流突降，導致保護動作，其主系統IDL測量異常，差動電流由225A上升至698A，延時300ms保護動作，極Ⅰ閉鎖[6]。極閉鎖后，故障系統IDL測量值仍保持60A左右。其故障錄波圖如圖2所示。經分析，極Ⅰ直流保護誤動作，為遠端模塊至信號分布板間電纜連接異常。對連接電纜整批更換后，故障消除。特征：（1）雙系統測量值出現明顯差異；（2）同一通流回路電流無明顯變化；（3）極閉鎖后，異常測量電流依舊存在。

2.2 電子式零磁通型直流電流互感器

2.2.1 二次回路暫態過電壓保護二極管擊穿

2012年，某站極控制保護主機P1PCPB和P2PCPB系統均檢測到嚴重故障退出運行。BFTB柜DCCT電子裝置紅燈報警。檢查相應電子裝置與現場直流CT本體之間二次回路，發現部分線圈回路接地，打開線圈回路過電壓保護專用端子，發現個別擊穿現象，阻值測量為0Ω，（正常為100MΩ）。同時檢查發現其激磁波形峰值在1.6V左右，較正常值偏低。措施：（1）更換過電壓保護專用端子。（2）將電子模塊激磁波形峰值調整為2.0V。

2.2.2 電子測量模塊磁飽和故障

某站極Ⅰ直流保護發“P1PPRB直流過流跳閘”，極Ⅰ閉鎖。極控制保護主機P1PCPB和P1PPRB系統發出“極1中性線直流T3-1（IDNE）飽和告警故障”報警。檢查發現電子模塊故障自檢信號在保護動作后5ms出現，自檢速度過慢。自檢信號通過RS852板卡接入控制保護系統，該板卡本身具有3ms的內置防抖延時，且信號傳輸采用CAN總線，傳輸速度較TDM總線慢，大大降低自檢報警速度。分析：該類型故障一般為一次設備遇到直流換相失敗或短時過負荷，電子測量單元內部發出磁飽和[7]報警，但報警輸出時間延遲，在直流保護動作后，才發出閉鎖該保護信號，導致直流保護誤動作。可通過修改告警傳輸為TDM總線，提高傳輸速率，在磁飽和后，及時閉鎖相關保護。

2.3 直流分壓器

2.3.1 直流分壓器電壓波動

高肇直流工程投運以來，極Ⅱ多次出現電壓波動的情況。經過多次波動及研究分析，最終確定為直流線路電壓光電傳感器故障導致電壓波動[8]。由于該模塊電阻值在夏天高溫、高濕環境下發生突變，影響了整個線路電壓測量系統穩定性，進而影響直流系統調制功能，嚴重時甚至導致系統閉鎖。措施：（1）更換直流分壓器光電轉換模塊及公共電路[9]；（2）加強運維監視，發現光電模塊阻值異常及時更換。

2.3.2 直流分壓器電壓測量值異常波動

2010年，某站DCCT#1屏中間轉換模塊故障，使光供電數據模塊輸出直流電壓值突變為0，導致PPR A直流低電壓保護動作，直流閉鎖。分析：（1）接口裝置工作異常，輸出電壓波動；（2）屏柜間電纜受到干擾；（3）光傳輸遠端模塊運行不穩定。措施：（1）將接口裝置至控保系統信號電纜改為雙屏蔽電纜；（2）更換直流分壓器光傳輸遠端模塊；（3）對直流分壓器戶外激光電源增加衰耗器。

3 故障改進建議及對策

3.1 直流光CT

隱患：目前換流站PCPA系統單個遠端模塊中某個故障，PCPA系統會退出運行，威脅直流輸電系統運行，如圖3所示。

建議：采取在主機內部冗余方式，通過軟件把MC1主機和MC2主機直流測量信號進行交叉連接。如圖4所示，任意一路遠端模塊故障，不直接影響極控制保護雙系統正常工作。

最后，搭建交直流光CT板卡測試平臺，校驗運行參數異常的板卡，并檢驗事故備品可用性。對光接口板、遠端模塊等進行定期檢測，保障設備完好可用。

3.2 零磁通CT

定期對站內運行零磁通CT電子測量裝置進行功能校驗[10]，一方面可發現運行設備潛在問題，提高設備穩定性；另一方面，能確保事故備品為完好備件，保障直流輸電工程可靠運行。雙極區域設備故障，均會影響兩個極PCP系統，必須盡量縮短故障處理時間，可以優化完善零磁通CT以及直流測量裝置故障處理標準程序，達到安全、快速、準確和高效，保證跨區電網穩定。建議零磁通CT廠家增加監視功能，在冗余系統模擬量測量異常時，提前發出告警信號，退出相應保護，防止直流保護誤動。同時在設計制造零磁通CT時，若系統檢測到低電壓報警和飽和報警，盡量減少信號傳輸延時。

3.3 直流分壓器

隱患：龍政、江城等直流輸電工程采用電纜傳輸方式將二次測量信號接入接口柜。電纜從電壓分壓器送出，僅通過一根長電纜接到單系統測量接口柜，然后通過并聯方式將電壓量送到冗余系統測量接口柜。當該電纜故障（開路、短路、絕緣降低等）時，可能會導致直流電壓保護誤動作。

建議：（1）在直流分壓器下部增加耦合板卡，采用多電纜傳輸方式將信號同時送冗余測量接口柜，保證多套直流保護測量回路完全獨立。（2）在不易增加耦合板卡時，考慮增加一根傳輸電纜，將兩根電纜并接，實現傳輸電纜冗余。

4 結束語

通過分析直流測量裝置典型故障及處理情況，探討設備改進措施，對設備廠家及運維人員具有一定借鑒意義。期望對新建直流工程提供參考，避免同類故障發生，進一步提高直流測量裝置可靠性，保障電網安全。

參考文獻

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[2]李巖，朱靜，周曉琴，等.HVDC換流站電流特性分析及測量裝置的選取[J].高電壓技術，2009，35（5）：1183-1187.

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[4]鄧隱北，白蓉.新型光電式高電壓測量器和電流互感器[J].國際電子變壓器，2007，9：126-129.

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[9]吳澤輝，張鵬，左干清，等.高肇高壓直流系統電壓波動的分析與處理[J].電力系統自動化，2008，32（5）：104-107.

[10]申莉，聶殉，鄭華，等.直流CT電子測量單元的工作原理及校驗方法[J].電測與儀表，2008，45（9）：18-20.

作者簡介：康文（1982-），男，漢族，湖北天門人，工程師，本科，從事換流站運維檢修管理工作。

張宏（1980-），女，碩士，工程師，主要從事換流站運維檢修工作。

劉會鵬（1984-），男，本科，工程師，主要從事換流站運維工作。