200kV直流電子式電壓互感器測(cè)量故障分析與處理

張 吼，俞恩科，董 平，許 琤，袁 杰

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

浙江舟山5端柔性直流輸電示范工程是目前世界上端數(shù)最多、電壓等級(jí)最高的柔性直流輸電工程，運(yùn)行電壓±200kV。

EVT（直流電子式電壓互感器）是多端柔性直流輸電工程換流站內(nèi)重要的高壓電氣設(shè)備，利用等電位屏蔽技術(shù)的精密電阻分壓器傳感直流電壓，并聯(lián)電容分壓器均壓并保證頻率特性[1]。與普通電壓互感器比較，EVT具有絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、線性度好、動(dòng)態(tài)范圍大、不受電磁及其他噪聲影響的特點(diǎn)[2]，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流設(shè)備的可靠監(jiān)測(cè)，是保證高壓直流輸電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。

EVT曾在舟山柔性直流輸電運(yùn)行中出現(xiàn)了后臺(tái)顯示直流電壓異常及測(cè)量精度存在誤差的問(wèn)題。為深入查找該故障發(fā)生的原因，檢修人員對(duì)出現(xiàn)故障的EVT進(jìn)行了全面檢修試驗(yàn)分析，查證了故障發(fā)生的原因是低壓分壓板電阻盒中一支路電阻阻值發(fā)生變化，使直流分壓器的輸出信號(hào)進(jìn)行二次分壓時(shí)產(chǎn)生異常。

1 故障現(xiàn)象

某日多端柔性直流換流站發(fā)生A與B套直流過(guò)電壓保護(hù)Ⅰ段跳閘，該站向5站發(fā)出緊急停運(yùn)命令：跳交流斷路器；鎖交流斷路器；保護(hù)動(dòng)作閉鎖換流閥。通過(guò)故障時(shí)刻事件和波形分析可判定為該站直流場(chǎng)負(fù)極母線電壓互感器異常。其電壓突變波形如圖1所示，圖中曲線1為直流場(chǎng)負(fù)極母線電壓互感器的電壓波形，曲線2為直流母線負(fù)極閥組側(cè)電壓互感器的電壓波形。

經(jīng)查看故障錄波波形發(fā)現(xiàn)，故障時(shí)直流場(chǎng)負(fù)極母線電壓互感器的最高電壓可達(dá)420kV左右，之后趨于平緩但仍然高于運(yùn)行電壓很多，而同一直流母線負(fù)極閥組側(cè)電壓互感器后臺(tái)顯示電壓均無(wú)異常（200kV左右），可排除實(shí)際一次運(yùn)行電壓過(guò)高問(wèn)題，因此初步判斷故障出現(xiàn)在直流場(chǎng)負(fù)極母線電壓互感器本體。

圖1 直流母線電壓突變波形

2 EVT工作原理

出現(xiàn)異常EVT的型號(hào)為PCS-9250-EAVD-200，生產(chǎn)日期為2013年11月，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。由直流高壓分壓器、電阻盒（低壓分壓板）、遠(yuǎn)端模塊及合并單位組成，其中合并單元位于控制室內(nèi)，采用光纖與遠(yuǎn)端模塊相連接。其采樣信號(hào)經(jīng)合并單元送至二次控制保護(hù)設(shè)備。

圖2EVT結(jié)構(gòu)原理

直流高壓分壓器為阻容分壓結(jié)構(gòu)，均固定安裝在硅橡膠符合絕緣套管內(nèi)部，如圖3所示。利用精密電阻分壓器傳感直流電壓，并聯(lián)電容分壓器均壓并保證頻率特性[3]，整體結(jié)構(gòu)是由多節(jié)阻容單元串聯(lián)而成，根據(jù)互感器的電壓等級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)串聯(lián)級(jí)數(shù)，單節(jié)阻容單元由若干個(gè)高壓電阻及單節(jié)電容器并聯(lián)而成，分壓器上節(jié)為高壓臂阻容單元R1/C1，下節(jié)為低壓臂阻容單元R2/C2，低壓臂單元經(jīng)二次輸出進(jìn)入RTU電阻盒轉(zhuǎn)換單元。

圖3 直流高壓分壓器結(jié)構(gòu)示意

電阻盒的作用是對(duì)直流分壓器的輸出信號(hào)進(jìn)行二次分壓，同時(shí)將信號(hào)分配給多個(gè)遠(yuǎn)端模塊使用[4]。由多個(gè)并接的阻容電壓回路組成，從而具有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的輸出信號(hào)，每個(gè)信號(hào)連接一個(gè)遠(yuǎn)端模塊，這樣多個(gè)遠(yuǎn)端模塊采樣信號(hào)相對(duì)獨(dú)立，互不影響。其外觀及安裝位置如圖4所示。

圖4 EVT的電阻盒及安裝位置

遠(yuǎn)端模塊用于接受并處理直流分壓器的輸出信號(hào)，其輸出為數(shù)字光信號(hào)，由位于主控室的合并單元內(nèi)的激光器提供工作電源。每個(gè)遠(yuǎn)端模塊由一個(gè)模擬量輸入端用以接收分壓器經(jīng)電阻盒后的輸出信號(hào)，一個(gè)光纖接頭用于接收激光能量，另一個(gè)光纖接頭用以發(fā)出數(shù)字信號(hào)。

位于控制室的合并單元為遠(yuǎn)端模塊提供電能，接受并處理遠(yuǎn)端模塊下發(fā)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)幀送至直流控制保護(hù)系統(tǒng)[5]。

3 故障檢測(cè)

3.1 高壓臂、低壓臂絕緣電阻測(cè)試

保持設(shè)備原始狀態(tài)不變，對(duì)分壓器高壓臂、低壓臂分別進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，經(jīng)測(cè)試設(shè)備絕緣電阻均無(wú)異常，鑒于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)設(shè)備解體條件，試驗(yàn)人員只能查勘該設(shè)備的低壓臂部分，結(jié)果也無(wú)放電痕跡。

3.2 直流電壓測(cè)量精度試驗(yàn)

對(duì)設(shè)備進(jìn)行了5次直流電壓測(cè)量精度試驗(yàn)。

（1）保持設(shè)備原始狀態(tài)不變，在高壓側(cè)施加0.1Un，0.2Un，0.8Un，1.0Un，1.2Un，1.5Un的 試 驗(yàn)電壓，Un為額定電壓200kV，后臺(tái)顯示電壓均高于試驗(yàn)電壓10%左右（見(jiàn)表1），均不滿足精度測(cè)試要求。

表1 EVT測(cè)量精度試驗(yàn)比值差 %

（2）更換分壓器低壓臂及電阻盒，對(duì)其高壓側(cè)施加（0.1Un～1.5Un）的試驗(yàn)電壓，后臺(tái)顯示電壓測(cè)量均無(wú)異常。

（3）將分壓器低壓臂還原，對(duì)其高壓側(cè)施加（0.1Un～1.5Un）的試驗(yàn)電壓，后臺(tái)顯示電壓測(cè)量均正常，說(shuō)明分壓器低壓臂正常，可能是電阻盒異常導(dǎo)致后臺(tái)顯示電壓測(cè)量異常。

（4）將該設(shè)備的電阻盒還原，對(duì)高壓側(cè)施加（0.1Un～1.5Un）的試驗(yàn)電壓，后臺(tái)顯示電壓又高于試驗(yàn)電壓10%左右，確定問(wèn)題原因?yàn)殡娮韬挟惓！?/p>

（5）將該設(shè)備的電阻盒更換為新電阻盒，對(duì)其高壓側(cè)施加試驗(yàn)電壓，后臺(tái)顯示電壓測(cè)量正常，滿足精度要求。

3.3 直流電壓耐壓試驗(yàn)

設(shè)備更換電阻盒后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓為1.2Un（240kV），時(shí)間為5 min。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 531-2010《高壓直流輸電直流電子式電壓互感器技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，試驗(yàn)正常通過(guò)。最后，試驗(yàn)人員又對(duì)其高壓臂、低壓臂進(jìn)行了耐壓后的絕緣電阻和測(cè)量誤差測(cè)試，表2為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 高壓臂R1、低壓臂R2絕緣電阻值

3.4 電阻盒故障的查找

異常電阻盒輸入電阻為120kΩ，而按照廠方提供的出廠值應(yīng)為100kΩ。由于電阻盒是1路輸入、6路輸出，正常電阻盒輸入電阻100kΩ由6路600kΩ并聯(lián)產(chǎn)生，因此推測(cè)為電阻盒中一路分支開(kāi)路，基于現(xiàn)場(chǎng)控制保護(hù)均檢測(cè)到電壓，應(yīng)該是備用模塊所在的回路開(kāi)路。

用萬(wàn)用表測(cè)量電阻盒內(nèi)部分壓電阻發(fā)現(xiàn)，最后一路分壓電阻R16異常，測(cè)量其兩端阻值為389.7kΩ，正常值應(yīng)為184.8kΩ，其他5路電阻（R11—R15）的阻值經(jīng)測(cè)量均正常，6路分壓電阻的測(cè)量阻值如表3所示。

表3 電阻盒內(nèi)部六路并聯(lián)分壓電阻的測(cè)量阻值

4 結(jié)論

通過(guò)以上的測(cè)試數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論，后臺(tái)電壓顯示不正確是由于EVT電阻盒內(nèi)部板卡電阻中的R16阻值異常所致。

故障電阻盒的電阻為金屬膜電阻，而個(gè)別電阻的包封效果不好，在濕度大于70%的環(huán)境下會(huì)使?jié)駳馇秩腚娮鑳?nèi)部膜層，在通電工作狀態(tài)下會(huì)發(fā)生電腐蝕，導(dǎo)致電阻阻值異常[6]。因此生產(chǎn)廠家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備制造過(guò)程的質(zhì)量控制，重點(diǎn)監(jiān)控電阻盒元件的材質(zhì)選擇與包封工藝，提高電阻盒元件的防潮水平。

設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境濕度不宜過(guò)高，運(yùn)維人員應(yīng)按照相關(guān)規(guī)程定期開(kāi)展設(shè)備的巡檢及例行試驗(yàn)工作，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象要認(rèn)真分析，根據(jù)實(shí)際情況必要時(shí)縮短試驗(yàn)周期。

[1]傅代印，葉寧，鄭志勤，等.電子式電壓互感器的研究與應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2013（11）∶19-22.

[2]柴雄亮，程兆谷，趙全忠，等，光纖電壓互感器的研究發(fā)展[J].激光與光電子學(xué)發(fā)展，2012，39（8）∶27-31.

[3]夏勇軍，蘇昊，胡剛，等.電子式電壓互感器原理及應(yīng)用進(jìn)展[J].湖北電力，2007（4）∶1-4.

[4]方春恩，李偉，王佳穎，等.基于電阻分壓的電子式電壓互感器[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007（5）∶58-63.

[5]吳勇飛.電子式互感器合并單位的應(yīng)用與研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.

[6]劉彬，葉國(guó)雄，郭克勤，等.電子式電壓互感器性能檢測(cè)及問(wèn)題分析[J].高電壓技術(shù)，2012（38）∶65-69.