换流站直流分压器结构原理及内部故障研究

刘 坤，陈茜茜

（国网江苏省电力有限公司 检修分公司，江苏 南京 211102）

0 引 言

相较于特高压交流变电站，特高压换流站内配备了特有的直流分压器[1,2]。直流分压器的功能和交流电压互感器相同，测量对象是直流电压。在目前投运的直流输电工程中，主要的测量对象是极母线和中性母线的直流电压，采样数据传入换流站极保护系统，从而实现对特高压直流输电系统的控制与保护[3]。相较于交流电压互感器，直流分压器的故障率更高，故障后造成负荷损失的可能性更大。基于此，本文对直流分压器的结构、原理、故障处理以及运维对策等进行了分析。

1 直流分压器结构

直流分压器本体一次设备分为直流线路、二次分压板以及隔离放大器，其各组成部件的尺寸规格如图1 所示[4-6]。

图1 直流分压器

特高压换流站双极各配置3台电压互感器SF6传感器，分别用于监测极线直流分压器、中性线直流分压器以及400 kV极线直流分压器的SF6压力[7]。

直流分压器本体保护为SF6压力低保护，每个密度继电器都有3个接点，分别对应SF6压力低一段报警、SF6压力低二段报警以及SF6压力低跳闸。图2为某换流站SF6压力低保护的原理图，其一段报警值为0.3 MPa，二段报警值为0.27 MPa，跳闸值为0.22 MPa。每个直流分压器配备3个密度继电器（共3个跳闸接点）分别送入3套极保护系统，当直流分压器SF6压力低于跳闸值时，通过极保护实现“三取二”跳闸出口判别。

图2 直流分压器SF6压力低保护原理

如图3所示，特高压直流工程直流分压器由两部分组成。一是高压单位，即图中的高压臂，高压单元由电阻R1和电容C1并联组成；二是低压测量系统的一次部分，即图中的低压臂，低压单元由电阻R2和电容C2组成。低压部分除了一次部分外，还包括二次测量系统，二次测量系统由R3和C3组成。

图3 直流分压器原理

在直流分压器的低压桥臂中，电阻R2的作用是当直流分压器正常工作、低压桥臂和二次测量系统因故障断开时，降低低压[8-10]。电容C2的主要作用是补偿高压臂中的电容量，在直流分压器安装完成后需要对电容C2进行调整，以使其与二次测量系统、电缆电容C4相匹配，确保测量结果精准。

在直流分压器原理图中，电阻R1用于在额定直流电压下产生流过直流分压器的额定直流电流。F1为电压限制装置，主要作用是当二次回路过压时限制电压，保护二次回路。

2 典型案例分析

2020年01月27 日，某特高压换流站后台极1极保护系统（A系统）直流极母线直流分压器SF6压力低闭锁。其运行方式为双极四换流器大地回线降压640 kV方式，输送功率1000 MW，双极未出现闭锁，功率未损失。

2.1 故障初步分析

现场检查极1直流分压器SF6表计压力A、B、C均正常，保护屏柜内相关继电器无明显异常。检查极1极保护PPR1A屏、PPR1B屏、PPR1C屏，发现A套保护内开入极1直流分压器SF6气体压力低信号（K339继电器输入电压为高电平），B套、C套保护无输入信号。由于极母线SF6压力低设置了2级告警和1级跳闸，告警信号接入极控、跳闸信号接入极保护，而OWS后台仅报“极1极保护系统A：直流极母线直流分压器SF6压力低闭锁”，极控系统没有上报信号，因此初步判断为开入保护系统的外部节点误导通。

保护装置PPR1A接线至极1极母线直流分压器端子箱（见图4），该端子箱接至直流分压器根部。

图4 极1极U1直流分压器端子箱

考虑到当天有小雨，现场采取临时处理措施，挑开直流极1母线直流分压器SF6压力低跳闸，开入极1极保护PPR1A屏端子X301:39后，OWS信号复归。此外，直流极母线直流分压器SF6压力低保护由“三取二”变成“二取二”。

2.2 故障处理

对直流控制保护系统进行检查，发现极PPR1B、PPR1C屏柜内继电器工作正常，B、C套非电量保护系统无故障信号开入。极1极保护屏PPR1A屏内K339继电器指示灯亮起，用电压表检查K339继电器开入端子X301:39，测量电压为113 V，确认外部开关导通，将正电压开回保护柜内。极1极母线U1直流分压器现场装有SF6继电器，当气压在0.22 MPa以下时，SF6气体继电器开关信号从直流分压器本体通过259 m电缆连接至保护屏柜，辅控楼保护屏通过控保装置实现非电量保护“三取二”功能。

经现场勘查，直流分压器距离地面约3.6 m，极1母线降压运行（640 kV）安全距离9 m，现场条件满足工作安全要求，人员检查需搭设梯子。搭设绝缘梯，进一步检查发现现场SF6表计读数约为0.34 MPa（见图5），未达到压力低报警值，判断后台信号应为误报。综上所述，考虑为端子或继电器故障。

图5 现场表计读数

依次测量气体继电器端子的输出电压，31号端子电压为+115 V，34号端子为+115 V，32号端子为+50 V上下浮动，初步判断为32节点与+110 V直流电压节点之间绝缘下降。

经分析，确认为继电器端子故障，讨论后决定更换继电器。备品更换后恢复气体继电器所有接线，使用SF6检漏仪检查并未发现泄漏情况，端子电压正常。

3 运维对策分析

直流分压器是换流站重要的测量设备，可以为多个保护提供开入量。为确保直流分压器正常运行，运维人员在日常工作中要加强对分压器端子箱的巡检力度，确保端子箱内密封性良好，避免受潮。在直流分压器检修时，应做好分压器非电量二次安全措施，避免误动。密切关注直流分压器的积污程度和运行情况，在恶劣天气下发生放电时应紧急申请降压运行，同时定期进行盐密和憎水性检测，发现憎水性劣化后要及时采取喷涂PRTV等措施。加强对直流分压器压力表计的监视，检查表计、信号回路及本体封闭情况，确定故障点后予以相应处理。此外，加强对直流电压分压器二次接线盒的防雨防潮管理，采取加装防雨罩、加热器或干燥剂等措施，同时定期进行回路绝缘测量，确保二次回路干燥、绝缘良好。

4 结 论

在目前投运的直流输电工程中，直流分压器的故障率更高，而且故障后造成的损失和影响更大。因此，通过对换流站直流分压器结构原理及内部故障的研究，提出了相应的运维对策分析，以期推动相关行业的发展。