高压直流测量装置故障特征分析及改进

康文　张宏　刘会鹏

摘 要：高压直流测量装置的运行情况直接影响着直流输电系统安全稳定运行。文章主要结合换流站直流测量装置故障情况，对其典型故障特征及采取措施进行总结，对设备运行维护人员提供一定借鉴。最后探讨设备改进措施，提出搭建交直流光CT板卡测试平台，校验运行参数异常的设备，期望避免同类故障发生，并对其它工程提供参考，进一步提高直流输电工程稳定性。

关键词：高压直流；直流测量装置；故障分析；改进措施；光CT

引言

高压直流测量装置作为直流输电工程关键元件，用于换流站控制及保护设备[1，2]，在发生故障后，分析处理复杂，设计及运维方面不足易导致直流极闭锁[3]。文章结合国内直流输电工程实际运行情况，对直流测量装置典型故障及采取措施进行总结，供现场运行维护人员参考。同时探讨设备改进措施，希望进一步提高直流输电工程运行可靠性。

1 直流测量装置故障简介

1.1 装置分布

换流站典型直流测量装置布置，如图1所示。主要包含以下位置：（1）直流出线电流IDL；（2）直流极母线电流IDP；（3）直流极中性母线电流IDNC；（4）中性母线至接地极电流IDNE；（5）中性母线连旁路母线电流IDME；（6）接地极母线电流IDEL；（7）站接地极电流IGND；（8）极母线出线电压UDL；（9）直流场中性线电压（UDN）。

1.2 故障分类

1.2.1 光电式直流电流互感器

主要分有源及无源式直流光电流互感器[4]，简称直流光CT，结合其系统框图，故障为以下几类：（1）一次电流传感器故障；（2）远端模块故障；（3）光传输系统异常；（4）光接口板/合并单元故障。

1.2.2 电子式零磁通型直流电流互感器

结合电子式零磁通型直流电流互感器原理[5]。故障分为以下几类：（1）电子测量模块故障；（2）二次回路绝缘降低；（3）暂态过电压保护二极管损坏接地。

1.2.3 直流电压测量装置

结合高压直流分压器原理[5]。故障分为以下几类：（1）本体绝缘介质泄漏；（2）本体污秽闪络；（3）本体内部放电；（4）电子分压板损坏（接口单元装置故障）；（5）二次回路绝缘降低；（6）光电转换模块故障。

2 故障特征分析及对策

2.1 光电式直流电流互感器

远端模块与一次电流传感器连接故障：某站极Ⅰ光CT双系统电流突降，导致保护动作，其主系统IDL测量异常，差动电流由225A上升至698A，延时300ms保护动作，极Ⅰ闭锁[6]。极闭锁后，故障系统IDL测量值仍保持60A左右。其故障录波图如图2所示。经分析，极Ⅰ直流保护误动作，为远端模块至信号分布板间电缆连接异常。对连接电缆整批更换后，故障消除。特征：（1）双系统测量值出现明显差异；（2）同一通流回路电流无明显变化；（3）极闭锁后，异常测量电流依旧存在。

2.2 电子式零磁通型直流电流互感器

2.2.1 二次回路暂态过电压保护二极管击穿

2012年，某站极控制保护主机P1PCPB和P2PCPB系统均检测到严重故障退出运行。BFTB柜DCCT电子装置红灯报警。检查相应电子装置与现场直流CT本体之间二次回路，发现部分线圈回路接地，打开线圈回路过电压保护专用端子，发现个别击穿现象，阻值测量为0Ω，（正常为100MΩ）。同时检查发现其激磁波形峰值在1.6V左右，较正常值偏低。措施：（1）更换过电压保护专用端子。（2）将电子模块激磁波形峰值调整为2.0V。

2.2.2 电子测量模块磁饱和故障

某站极Ⅰ直流保护发“P1PPRB直流过流跳闸”，极Ⅰ闭锁。极控制保护主机P1PCPB和P1PPRB系统发出“极1中性线直流T3-1（IDNE）饱和告警故障”报警。检查发现电子模块故障自检信号在保护动作后5ms出现，自检速度过慢。自检信号通过RS852板卡接入控制保护系统，该板卡本身具有3ms的内置防抖延时，且信号传输采用CAN总线，传输速度较TDM总线慢，大大降低自检报警速度。分析：该类型故障一般为一次设备遇到直流换相失败或短时过负荷，电子测量单元内部发出磁饱和[7]报警，但报警输出时间延迟，在直流保护动作后，才发出闭锁该保护信号，导致直流保护误动作。可通过修改告警传输为TDM总线，提高传输速率，在磁饱和后，及时闭锁相关保护。

2.3 直流分压器

2.3.1 直流分压器电压波动

高肇直流工程投运以来，极Ⅱ多次出现电压波动的情况。经过多次波动及研究分析，最终确定为直流线路电压光电传感器故障导致电压波动[8]。由于该模块电阻值在夏天高温、高湿环境下发生突变，影响了整个线路电压测量系统稳定性，进而影响直流系统调制功能，严重时甚至导致系统闭锁。措施：（1）更换直流分压器光电转换模块及公共电路[9]；（2）加强运维监视，发现光电模块阻值异常及时更换。

2.3.2 直流分压器电压测量值异常波动

2010年，某站DCCT#1屏中间转换模块故障，使光供电数据模块输出直流电压值突变为0，导致PPR A直流低电压保护动作，直流闭锁。分析：（1）接口装置工作异常，输出电压波动；（2）屏柜间电缆受到干扰；（3）光传输远端模块运行不稳定。措施：（1）将接口装置至控保系统信号电缆改为双屏蔽电缆；（2）更换直流分压器光传输远端模块；（3）对直流分压器户外激光电源增加衰耗器。

3 故障改进建议及对策

3.1 直流光CT

隐患：目前换流站PCPA系统单个远端模块中某个故障，PCPA系统会退出运行，威胁直流输电系统运行，如图3所示。

建议：采取在主机内部冗余方式，通过软件把MC1主机和MC2主机直流测量信号进行交叉连接。如图4所示，任意一路远端模块故障，不直接影响极控制保护双系统正常工作。

最后，搭建交直流光CT板卡测试平台，校验运行参数异常的板卡，并检验事故备品可用性。对光接口板、远端模块等进行定期检测，保障设备完好可用。

3.2 零磁通CT

定期对站内运行零磁通CT电子测量装置进行功能校验[10]，一方面可发现运行设备潜在问题，提高设备稳定性；另一方面，能确保事故备品为完好备件，保障直流输电工程可靠运行。双极区域设备故障，均会影响两个极PCP系统，必须尽量缩短故障处理时间，可以优化完善零磁通CT以及直流测量装置故障处理标准程序，达到安全、快速、准确和高效，保证跨区电网稳定。建议零磁通CT厂家增加监视功能，在冗余系统模拟量测量异常时，提前发出告警信号，退出相应保护，防止直流保护误动。同时在设计制造零磁通CT时，若系统检测到低电压报警和饱和报警，尽量减少信号传输延时。

3.3 直流分压器

隐患：龙政、江城等直流输电工程采用电缆传输方式将二次测量信号接入接口柜。电缆从电压分压器送出，仅通过一根长电缆接到单系统测量接口柜，然后通过并联方式将电压量送到冗余系统测量接口柜。当该电缆故障（开路、短路、绝缘降低等）时，可能会导致直流电压保护误动作。

建议：（1）在直流分压器下部增加耦合板卡，采用多电缆传输方式将信号同时送冗余测量接口柜，保证多套直流保护测量回路完全独立。（2）在不易增加耦合板卡时，考虑增加一根传输电缆，将两根电缆并接，实现传输电缆冗余。

4 结束语

通过分析直流测量装置典型故障及处理情况，探讨设备改进措施，对设备厂家及运维人员具有一定借鉴意义。期望对新建直流工程提供参考，避免同类故障发生，进一步提高直流测量装置可靠性，保障电网安全。

参考文献

[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004：345-348.

[2]李岩，朱静，周晓琴，等.HVDC换流站电流特性分析及测量装置的选取[J].高电压技术，2009，35（5）：1183-1187.

[3]杨光源，谢惠藩，周全，等.直流电流测量装置对特高压直流输电系统运行稳定性的影响分析[J].周口师范学院学报，2013，30（2）：40-44.

[4]邓隐北，白蓉.新型光电式高电压测量器和电流互感器[J].国际电子变压器，2007，9：126-129.

[5]国家能源局.DL/T 353-2010高压直流测量装置检修导则[S].北京：中国电力出版社，2011.

[6]国家电网公司运行分公司.换流站单双极闭锁报告汇编[M].北京：中国电力出版社，2010.

[7]程健，郝耀斗，张旌.应用于高精度稳流电源的直流零磁通误差传感器[J].原子能科学技术，2002，36（3）：250-252.

[8]陈宏志，高奇，史仰伟，等.高肇直流极二直流线路电压光电传感器故障及其解决方案[J].现代电力，2009，26（5）：24-26.

[9]吴泽辉，张鹏，左干清，等.高肇高压直流系统电压波动的分析与处理[J].电力系统自动化，2008，32（5）：104-107.

[10]申莉，聂殉，郑华，等.直流CT电子测量单元的工作原理及校验方法[J].电测与仪表，2008，45（9）：18-20.

作者简介：康文（1982-），男，汉族，湖北天门人，工程师，本科，从事换流站运维检修管理工作。

张宏（1980-），女，硕士，工程师，主要从事换流站运维检修工作。

刘会鹏（1984-），男，本科，工程师，主要从事换流站运维工作。