特高压换流站直流分压器原理及故障处理

蔡 涛

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102)

0 引言

在电力运输过程中，特高压换流站内配备了特有的直流分压器。直流分压器的测量对象是直流电压，功能和交流电压互感器相同。在目前投运的直流输电中，直流分压器用于测量极母线和中性母线直流电压，测得的数据经过数据传输系统传递到换流站，再根据数据情况对特高压直流输电系统进行保护。在电力电网系统中，直流分压器的故障率比交流分压器高，故障后更容易造成电荷损失。

1 直流分压器结构与原理

1.1 直流分压器结构

极母线直流分压器本体一次设备分为分压单元和平衡单元两部分，其各组成部件如图1 所示。

图1 直流分压器结构

分压单元和平衡单元是直流分压器的重要组成部分，直流分压器的平衡单元后接分压板和隔离放大器，当发生故障时，对故障进行处理。

1.2 直流分压器原理

直流分压器本体保护为SF6压力低保护，分压器上的密度继电器有3 个接点。

继电器三个不同接点分别对应SF6压力低一段报警，SF6压力低二段报警，SF6压力低跳闸。不同分段报警值不同，一段报警值0.3 MPa，二段报警值0.27 MPa，跳闸值0.22 MPa。每个直流分压器配备3 个密度继电器，整个直流分压器共3 个跳闸接点，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。

如图2 所示，特高压直流工程直流分压器采用阻容分压器形式，由两部分组成：一是高压单元，即图中高压臂，由很多级的电阻和电容串并联组成，图中以R1(分压电阻)和C1(均压电容)表示；二是低压测量系统，即图中低压臂，低压单元由电阻R2 和电容C2 构成，两者并联。低压系统还包括二次测量系统，由R3 和C3 并联组成。

图2 直流分压器原理

在直流分压器的低压桥臂中，电阻R2 的作用是与R1 构成分压器，降低电路中电压。电容C2能够补偿高压臂中的电容量，在安装完直流分压器之后，需要对电容C2 进行调整，以使C2 与二次测量系统C3、电缆电容C4 相匹配，用于系统测量。

2 典型案例分析

2020-09-15，在对电力线路进行巡检过程中，发现某特高压换流站后台极1 极保护系统(A 系统)存在故障，表现为直流极母线直流分压器SF6压力低闭锁。以双极四换流器大地回线降压640 kV 方式的方式运行，双极未闭锁，功率未损失，功率1 000 MW。针对这种情况，进行分析和处理。

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 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 继电器为高电平)，B 套、C 套无输入信号。对分压器表进行数据读取。

由于极母线SF6压力低设置了2 级告警和1级跳闸，警报和跳闸信号分别接入极控和极保护。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”，极控系统无警报。初步判断为开入保护系统的外部接点误导通。

保护装置PPR1A 接线至极1 极直流分压器端子箱，该端子箱接至直流分压器根部。

考虑到故障当天天气情况，现场挑开“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。直流极母线直流分压器SF6压力低保护发生变化，由“三取二”转为“二取二”。

2.2 故障处理

为了探明故障原因，检查直流控制保护系统，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1PPR1A 屏内K339 继电器指示灯亮起，用电压表测量K339 继电器开入端子X301:39，测得电压为113 V，确认外部SF6密度继电器接点导通，将正电压开入保护柜内。

极1 极母线U1 直流分压器现场装有SF6密度继电器，当气压低至0.22 MPa 以下时，SF6密度继电器接点信号从直流分压器本体连接至保护屏柜，保护屏通过控保装置实现非电量保护“三取二”功能，当有两套非电量保护发直流分压器压力低报警则出口，闭锁极1。

现场勘查，直流分压器距地面约3.6 m，极1 母线降压运行(640 kV)，安全距离9 m (参考660 kV 直流)，现场满足安全工作要求。搭设绝缘梯，进一步检查发现，现场SF6密度继电器读数约为0.34 MPa，未到压力低报警值，判断表计正常。未出现气体泄漏，信号应为误报，原因可能是端子故障。

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 号端子与+110 V 直流电压端子之间绝缘下降。

对故障进行分析，确认为密度继电器端子间绝缘故障，采用更换继电器的解决方案，更换后恢复密度继电器接线，使用SF6检漏仪检查，未发现泄漏情况，端子电压正常。恢复“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 后台平稳，未出现异常信号。

3 运维对策分析

在换流站工作中，直流分压器是重要设备，为多个保护提供开入量，为确保直流分压器正常工作，运维人员要采取合适的运维策略，包括以下内容：

(1) 加强分压器端子箱巡检力度，确保端子箱良好的密封性，避免受潮。

(2) 直流分压器检修时，应做好分压器非电量二次安措，避免误动。

(3) 密切关注直流分压器运行和积污程度，发现憎水性劣化时，及时采取喷涂PRTV 等措施。

(4) 加强直流分压器密度继电器压力的监视，检查表计及本体密封情况，如发现SF6泄漏应及时予以处理。

(5) 加强对直流电压分压器SF6密度继电器表计及二次接线盒的防雨防潮管理，采取加装防雨罩、加热器，放置干燥剂等措施，同时定期测量回路绝缘，确保二次回路绝缘良好。