高壓直流測(cè)量裝置故障特征分析及改進(jìn)

康文　張宏　劉會(huì)鵬

摘 要：高壓直流測(cè)量裝置的運(yùn)行情況直接影響著直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章主要結(jié)合換流站直流測(cè)量裝置故障情況，對(duì)其典型故障特征及采取措施進(jìn)行總結(jié)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員提供一定借鑒。最后探討設(shè)備改進(jìn)措施，提出搭建交直流光CT板卡測(cè)試平臺(tái)，校驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)異常的設(shè)備，期望避免同類故障發(fā)生，并對(duì)其它工程提供參考，進(jìn)一步提高直流輸電工程穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：高壓直流；直流測(cè)量裝置；故障分析；改進(jìn)措施；光CT

引言

高壓直流測(cè)量裝置作為直流輸電工程關(guān)鍵元件，用于換流站控制及保護(hù)設(shè)備[1，2]，在發(fā)生故障后，分析處理復(fù)雜，設(shè)計(jì)及運(yùn)維方面不足易導(dǎo)致直流極閉鎖[3]。文章結(jié)合國(guó)內(nèi)直流輸電工程實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)直流測(cè)量裝置典型故障及采取措施進(jìn)行總結(jié)，供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員參考。同時(shí)探討設(shè)備改進(jìn)措施，希望進(jìn)一步提高直流輸電工程運(yùn)行可靠性。

1 直流測(cè)量裝置故障簡(jiǎn)介

1.1 裝置分布

換流站典型直流測(cè)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(chǎng)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(wú)源式直流光電流互感器[4]，簡(jiǎn)稱直流光CT，結(jié)合其系統(tǒng)框圖，故障為以下幾類：（1）一次電流傳感器故障；（2）遠(yuǎn)端模塊故障；（3）光傳輸系統(tǒng)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(jié)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(cè)量模塊故障；（2）二次回路絕緣降低；（3）暫態(tài)過(guò)電壓保護(hù)二極管損壞接地。

1.2.3 直流電壓測(cè)量裝置

結(jié)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(zhì)泄漏；（2）本體污穢閃絡(luò)；（3）本體內(nèi)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(zhuǎn)換模塊故障。

2 故障特征分析及對(duì)策

2.1 光電式直流電流互感器

遠(yuǎn)端模塊與一次電流傳感器連接故障：某站極Ⅰ光CT雙系統(tǒng)電流突降，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，其主系統(tǒng)IDL測(cè)量異常，差動(dòng)電流由225A上升至698A，延時(shí)300ms保護(hù)動(dòng)作，極Ⅰ閉鎖[6]。極閉鎖后，故障系統(tǒng)IDL測(cè)量值仍保持60A左右。其故障錄波圖如圖2所示。經(jīng)分析，極Ⅰ直流保護(hù)誤動(dòng)作，為遠(yuǎn)端模塊至信號(hào)分布板間電纜連接異常。對(duì)連接電纜整批更換后，故障消除。特征：（1）雙系統(tǒng)測(cè)量值出現(xiàn)明顯差異；（2）同一通流回路電流無(wú)明顯變化；（3）極閉鎖后，異常測(cè)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(tài)過(guò)電壓保護(hù)二極管擊穿

2012年，某站極控制保護(hù)主機(jī)P1PCPB和P2PCPB系統(tǒng)均檢測(cè)到嚴(yán)重故障退出運(yùn)行。BFTB柜DCCT電子裝置紅燈報(bào)警。檢查相應(yīng)電子裝置與現(xiàn)場(chǎng)直流CT本體之間二次回路，發(fā)現(xiàn)部分線圈回路接地，打開線圈回路過(guò)電壓保護(hù)專用端子，發(fā)現(xiàn)個(gè)別擊穿現(xiàn)象，阻值測(cè)量為0Ω，（正常為100MΩ）。同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)其激磁波形峰值在1.6V左右，較正常值偏低。措施：（1）更換過(guò)電壓保護(hù)專用端子。（2）將電子模塊激磁波形峰值調(diào)整為2.0V。

2.2.2 電子測(cè)量模塊磁飽和故障

某站極Ⅰ直流保護(hù)發(fā)“P1PPRB直流過(guò)流跳閘”，極Ⅰ閉鎖。極控制保護(hù)主機(jī)P1PCPB和P1PPRB系統(tǒng)發(fā)出“極1中性線直流T3-1（IDNE）飽和告警故障”報(bào)警。檢查發(fā)現(xiàn)電子模塊故障自檢信號(hào)在保護(hù)動(dòng)作后5ms出現(xiàn)，自檢速度過(guò)慢。自檢信號(hào)通過(guò)RS852板卡接入控制保護(hù)系統(tǒng)，該板卡本身具有3ms的內(nèi)置防抖延時(shí)，且信號(hào)傳輸采用CAN總線，傳輸速度較TDM總線慢，大大降低自檢報(bào)警速度。分析：該類型故障一般為一次設(shè)備遇到直流換相失敗或短時(shí)過(guò)負(fù)荷，電子測(cè)量單元內(nèi)部發(fā)出磁飽和[7]報(bào)警，但報(bào)警輸出時(shí)間延遲，在直流保護(hù)動(dòng)作后，才發(fā)出閉鎖該保護(hù)信號(hào)，導(dǎo)致直流保護(hù)誤動(dòng)作?？赏ㄟ^(guò)修改告警傳輸為TDM總線，提高傳輸速率，在磁飽和后，及時(shí)閉鎖相關(guān)保護(hù)。

2.3 直流分壓器

2.3.1 直流分壓器電壓波動(dòng)

高肇直流工程投運(yùn)以來(lái)，極Ⅱ多次出現(xiàn)電壓波動(dòng)的情況。經(jīng)過(guò)多次波動(dòng)及研究分析，最終確定為直流線路電壓光電傳感器故障導(dǎo)致電壓波動(dòng)[8]。由于該模塊電阻值在夏天高溫、高濕環(huán)境下發(fā)生突變，影響了整個(gè)線路電壓測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性，進(jìn)而影響直流系統(tǒng)調(diào)制功能，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)閉鎖。措施：（1）更換直流分壓器光電轉(zhuǎn)換模塊及公共電路[9]；（2）加強(qiáng)運(yùn)維監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)光電模塊阻值異常及時(shí)更換。

2.3.2 直流分壓器電壓測(cè)量值異常波動(dòng)

2010年，某站DCCT#1屏中間轉(zhuǎn)換模塊故障，使光供電數(shù)據(jù)模塊輸出直流電壓值突變?yōu)?，導(dǎo)致PPR A直流低電壓保護(hù)動(dòng)作，直流閉鎖。分析：（1）接口裝置工作異常，輸出電壓波動(dòng)；（2）屏柜間電纜受到干擾；（3）光傳輸遠(yuǎn)端模塊運(yùn)行不穩(wěn)定。措施：（1）將接口裝置至控保系統(tǒng)信號(hào)電纜改為雙屏蔽電纜；（2）更換直流分壓器光傳輸遠(yuǎn)端模塊；（3）對(duì)直流分壓器戶外激光電源增加衰耗器。

3 故障改進(jìn)建議及對(duì)策

3.1 直流光CT

隱患：目前換流站PCPA系統(tǒng)單個(gè)遠(yuǎn)端模塊中某個(gè)故障，PCPA系統(tǒng)會(huì)退出運(yùn)行，威脅直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行，如圖3所示。

建議：采取在主機(jī)內(nèi)部冗余方式，通過(guò)軟件把MC1主機(jī)和MC2主機(jī)直流測(cè)量信號(hào)進(jìn)行交叉連接。如圖4所示，任意一路遠(yuǎn)端模塊故障，不直接影響極控制保護(hù)雙系統(tǒng)正常工作。

最后，搭建交直流光CT板卡測(cè)試平臺(tái)，校驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)異常的板卡，并檢驗(yàn)事故備品可用性。對(duì)光接口板、遠(yuǎn)端模塊等進(jìn)行定期檢測(cè)，保障設(shè)備完好可用。

3.2 零磁通CT

定期對(duì)站內(nèi)運(yùn)行零磁通CT電子測(cè)量裝置進(jìn)行功能校驗(yàn)[10]，一方面可發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備潛在問(wèn)題，提高設(shè)備穩(wěn)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(yùn)行。雙極區(qū)域設(shè)備故障，均會(huì)影響兩個(gè)極PCP系統(tǒng)，必須盡量縮短故障處理時(shí)間，可以優(yōu)化完善零磁通CT以及直流測(cè)量裝置故障處理標(biāo)準(zhǔn)程序，達(dá)到安全、快速、準(zhǔn)確和高效，保證跨區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定。建議零磁通CT廠家增加監(jiān)視功能，在冗余系統(tǒng)模擬量測(cè)量異常時(shí)，提前發(fā)出告警信號(hào)，退出相應(yīng)保護(hù)，防止直流保護(hù)誤動(dòng)。同時(shí)在設(shè)計(jì)制造零磁通CT時(shí)，若系統(tǒng)檢測(cè)到低電壓報(bào)警和飽和報(bào)警，盡量減少信號(hào)傳輸延時(shí)。

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(cè)量信號(hào)接入接口柜。電纜從電壓分壓器送出，僅通過(guò)一根長(zhǎng)電纜接到單系統(tǒng)測(cè)量接口柜，然后通過(guò)并聯(lián)方式將電壓量送到冗余系統(tǒng)測(cè)量接口柜。當(dāng)該電纜故障（開路、短路、絕緣降低等）時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致直流電壓保護(hù)誤動(dòng)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(hào)同時(shí)送冗余測(cè)量接口柜，保證多套直流保護(hù)測(cè)量回路完全獨(dú)立。（2）在不易增加耦合板卡時(shí)，考慮增加一根傳輸電纜，將兩根電纜并接，實(shí)現(xiàn)傳輸電纜冗余。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析直流測(cè)量裝置典型故障及處理情況，探討設(shè)備改進(jìn)措施，對(duì)設(shè)備廠家及運(yùn)維人員具有一定借鑒意義。期望對(duì)新建直流工程提供參考，避免同類故障發(fā)生，進(jìn)一步提高直流測(cè)量裝置可靠性，保障電網(wǎng)安全。

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作者簡(jiǎn)介：康文（1982-），男，漢族，湖北天門人，工程師，本科，從事?lián)Q流站運(yùn)維檢修管理工作。

張宏（1980-），女，碩士，工程師，主要從事?lián)Q流站運(yùn)維檢修工作。

劉會(huì)鵬（1984-），男，本科，工程師，主要從事?lián)Q流站運(yùn)維工作。