换流变阀侧末屏电压测量装置改造研究

田银刚，冯晓佳

(1.国网拉萨供电公司，西藏 拉萨 850000；2.国网西咸新区供电公司，陕西 西安 710000)

0 引言

柴达木换流变电站是整个电网中最重要的组成部分之一，变电站的可靠运行直接关系到国民经济乃至整个西藏、新疆电网能否安全、有效、经济地运行。该变电站所处环境恶劣，风沙大、日夜温差大、海拔高，关键设备多，测量装置必须保证其可靠测量减少运行设备故障，保证整个电网的安全可靠性。作为换流变阀侧套管末屏电压测量装置必须可靠测量数据，测量的精度和正确性至关重要，如果末屏电压测量装置故障，末屏电压测量装置不能正确采集，此时换流阀不能解锁、中性点偏移保护动作会发出跳闸命令，从而导致直系系统不能正常启动[1]。

1 末屏电压测量装置故障情况

柴达木换流变电站极Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压测量装置，自投运以来累计发生过三次故障，严重影响柴达木至拉萨直流系统的稳定运行。

1.1 第一次故障情况

2012年7月柴达木换流站首检期间，发现极Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压测量装置内部烧损(见图1)，原因为极Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压测量分压板质量问题导致烧损[2]。西安电力变压器公司对该装置内分压器板卡进行了更换，带电后运行正常。首检期间对所有换流变阀侧套管进行了电气试验和SF6气体检测，发现极Ⅰ换流变A相b2套管、极Ⅱ换流变A、C相a2、b2共5只穿墙套管SF6气体纯度不合格，检修期间对不合格套管的SF6气体进行了更换。极Ⅱ换流变B相YD a1套管(末屏电压测量装置)试验检测正常。

图1 Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压测量装置内部烧损

图2 电阻击穿

1.2 第二次故障情况

2013年7月年度检修期间，OWS监控后台报出极Ⅱ UVD-L_2零漂异常，极Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压实际输出正常，经过末屏分压板后测得输出250 V直流电压，现场咨询西变公司后分析为该板卡损坏，拆下该板卡后发现一支10 kΩ的电阻击穿(见图2)。因现场无该测量装置备品，经西变公司确认可将现场备用换流变阀侧套管末屏电压测量装置板卡更换至极Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压测量装置后[3]，将该板卡进行了更换，报警消失，检查电压输出正常。

1.3 第三次故障情况

2013年8月7日8时30分，检修结束后恢复送电OLT试验过程中换流变阀侧中性点偏移保护动作跳开3380、3381断路器，原因为极Ⅱ换流变B相阀侧D接首端套管末屏电压测量与套管本体连接部位松动，末屏接地不良造成末屏对分压器输出电压异常，导致10 kΩ电阻损坏、功放模块发热。由于功放模块离PCB板后的短接线1较近，持续的温升高引起漆包线绝缘漆融化，点3通过线1接地，B相末屏电压突然降低至0，且此时换流阀未解锁、中性点偏移保护投入，满足保护动作逻辑，保护正确发出跳闸[4]。

图3 末屏电压互感器测量回路原理图

2 末屏电压测量装置改造研究方案

2.1 电容分压测量回路基本原理

柴达木换流变采用套管中集成末屏电压互感器的方法来测量末屏电压参数，直接输出提供给二次保护设备。末屏电压互感器测量回路原理图如图3所示。

图3中，CTH、CTL、C1、C2、C3、R1和R2元件组成了末屏电压互感器。其中，CT和CTL是末屏电压互感器重要组成部分，分别是高压电容和低压电容，是互感器的分压器件，起到了分压的作用。C1、C2、C3称为校正电容元件，调整和校正分压的输出值，以便达到规定的电压值。R1称为放电电阻元件，提供低压电容的放电通道，R2是保护电阻元件，限制输出电压的大小值。图中，CTH、CTL为套管电容值，CTH=653 μF，CTL=5.1 nF，C1=0.641 μF(小)，C2=43.5 μF(中)，C3=21.1 nF(大)，C1、C2、C3电容耐压250 V DC。

2.2 取消有源放大单元，采用电容分压测量

通过柴达木换流站末屏电压测量装置故障情况分析来看，第一次分压板压敏电阻烧损，以及第二、三次发压板10 kΩ电阻烧损，显示出末屏分压器的电压测量放大器运行不可靠，需要进行末屏电压测量回路的技术改造。国家电网直流系统如向上直流工程等，末屏电压测量回路使用的是电容分压器，在末屏和分压器之间是用电缆直接连接，未发生过电阻烧毁现象，测量电压波形无畸变，运行稳定可靠。因此，柴达木换流站现有末屏电压测量装置要重新进行设计。

柴达木换流站现有的末屏的测量电路(见图4)，在末屏和分压器之间接入有源放大单元(交流230 V)，终端板卡为RS8621F。

图4 带有源放大单元末屏的测量电路

取消柴达木换流站末屏分压器的电压测量放大器，改用电容分压器直接测量(见图5)，末屏分压器输出电压和负载需厂家进一步给出说明，根据输出电压及负载等对控制保护系统相应终端板卡改造或升级。

图5 电容分压器直接测量回路

2.3 增加D绕组的末端电压监测

为了增加对换流变阀角侧尾端套管电压的监视，在正常运行时也可以监视阀角侧尾端套管运行状况，设计增添一块RS8621F采集板卡采集尾端末屏电压，由于用于保护机箱的采集板卡已经插满(每块8601只能带7块板卡)，目前增加板卡有两种方案。

(1)在CMI增加一层短背板机箱，每个机箱配置4块RS8921电源板，2块RS8601板卡，2块RS8621F板卡，每站配置4个机箱，见图6。

图6 机箱配置板卡

(2)将现有1H15.13/1H20.13板卡(备用板卡)去掉，增加RS8621F板卡，1H15/1H20.15、1H15/1H20.16板卡顺次前移，重新配线，相当于拆掉8快RS8451板卡，增加8块RS8621F板卡。

2.4 升机保护主机的阀侧监视逻辑，修改接口板卡程序

接口程序随改造完成后末屏分压器输出电压及负载升级，UVY、UVD通道监视逻辑中取消ENABLE_UV2信号，在正常运行过程能有效监视阀侧套管故障。对现有UVY、UVD监视逻辑升级，升级后逻辑图见图7。

图7 通道监视逻辑升级图

在末屏电压故障监视逻辑中增加三相电压求中间值比较功能，使末屏电压故障监视更加完善[5]。

3 结束语

通过本项目的研究及实施可以解决极Ⅱ换流变B相YD a1套管末屏电压测量装置多次故障问题，对直流系统可靠运行至关重要，同时也消除了换流变其他套管末屏电压测量装置存在的安全隐患，确保了青藏直流系统的安全稳定运行。