200kV直流电子式电压互感器测量故障分析与处理

张 吼，俞恩科，董 平，许 琤，袁 杰

（国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山 316000）

浙江舟山5端柔性直流输电示范工程是目前世界上端数最多、电压等级最高的柔性直流输电工程，运行电压±200kV。

EVT（直流电子式电压互感器）是多端柔性直流输电工程换流站内重要的高压电气设备，利用等电位屏蔽技术的精密电阻分压器传感直流电压，并联电容分压器均压并保证频率特性[1]。与普通电压互感器比较，EVT具有绝缘结构简单可靠、线性度好、动态范围大、不受电磁及其他噪声影响的特点[2]，可实现对高压直流设备的可靠监测，是保证高压直流输电系统可靠运行的关键设备之一。

EVT曾在舟山柔性直流输电运行中出现了后台显示直流电压异常及测量精度存在误差的问题。为深入查找该故障发生的原因，检修人员对出现故障的EVT进行了全面检修试验分析，查证了故障发生的原因是低压分压板电阻盒中一支路电阻阻值发生变化，使直流分压器的输出信号进行二次分压时产生异常。

1 故障现象

某日多端柔性直流换流站发生A与B套直流过电压保护Ⅰ段跳闸，该站向5站发出紧急停运命令：跳交流断路器；锁交流断路器；保护动作闭锁换流阀。通过故障时刻事件和波形分析可判定为该站直流场负极母线电压互感器异常。其电压突变波形如图1所示，图中曲线1为直流场负极母线电压互感器的电压波形，曲线2为直流母线负极阀组侧电压互感器的电压波形。

经查看故障录波波形发现，故障时直流场负极母线电压互感器的最高电压可达420kV左右，之后趋于平缓但仍然高于运行电压很多，而同一直流母线负极阀组侧电压互感器后台显示电压均无异常（200kV左右），可排除实际一次运行电压过高问题，因此初步判断故障出现在直流场负极母线电压互感器本体。

图1 直流母线电压突变波形

2 EVT工作原理

出现异常EVT的型号为PCS-9250-EAVD-200，生产日期为2013年11月，其结构原理如图2所示。由直流高压分压器、电阻盒（低压分压板）、远端模块及合并单位组成，其中合并单元位于控制室内，采用光纤与远端模块相连接。其采样信号经合并单元送至二次控制保护设备。

图2EVT结构原理

直流高压分压器为阻容分压结构，均固定安装在硅橡胶符合绝缘套管内部，如图3所示。利用精密电阻分压器传感直流电压，并联电容分压器均压并保证频率特性[3]，整体结构是由多节阻容单元串联而成，根据互感器的电压等级来设计串联级数，单节阻容单元由若干个高压电阻及单节电容器并联而成，分压器上节为高压臂阻容单元R1/C1，下节为低压臂阻容单元R2/C2，低压臂单元经二次输出进入RTU电阻盒转换单元。

图3 直流高压分压器结构示意

电阻盒的作用是对直流分压器的输出信号进行二次分压，同时将信号分配给多个远端模块使用[4]。由多个并接的阻容电压回路组成，从而具有多个相对独立的输出信号，每个信号连接一个远端模块，这样多个远端模块采样信号相对独立，互不影响。其外观及安装位置如图4所示。

图4 EVT的电阻盒及安装位置

远端模块用于接受并处理直流分压器的输出信号，其输出为数字光信号，由位于主控室的合并单元内的激光器提供工作电源。每个远端模块由一个模拟量输入端用以接收分压器经电阻盒后的输出信号，一个光纤接头用于接收激光能量，另一个光纤接头用以发出数字信号。

位于控制室的合并单元为远端模块提供电能，接受并处理远端模块下发的数据，并将数据帧送至直流控制保护系统[5]。

3 故障检测

3.1 高压臂、低压臂绝缘电阻测试

保持设备原始状态不变，对分压器高压臂、低压臂分别进行绝缘电阻测试，经测试设备绝缘电阻均无异常，鉴于现场无设备解体条件，试验人员只能查勘该设备的低压臂部分，结果也无放电痕迹。

3.2 直流电压测量精度试验

对设备进行了5次直流电压测量精度试验。

（1）保持设备原始状态不变，在高压侧施加0.1Un，0.2Un，0.8Un，1.0Un，1.2Un，1.5Un的 试 验电压，Un为额定电压200kV，后台显示电压均高于试验电压10%左右（见表1），均不满足精度测试要求。

表1 EVT测量精度试验比值差 %

（2）更换分压器低压臂及电阻盒，对其高压侧施加（0.1Un～1.5Un）的试验电压，后台显示电压测量均无异常。

（3）将分压器低压臂还原，对其高压侧施加（0.1Un～1.5Un）的试验电压，后台显示电压测量均正常，说明分压器低压臂正常，可能是电阻盒异常导致后台显示电压测量异常。

（4）将该设备的电阻盒还原，对高压侧施加（0.1Un～1.5Un）的试验电压，后台显示电压又高于试验电压10%左右，确定问题原因为电阻盒异常。

（5）将该设备的电阻盒更换为新电阻盒，对其高压侧施加试验电压，后台显示电压测量正常，满足精度要求。

3.3 直流电压耐压试验

设备更换电阻盒后，对设备进行现场耐压试验，试验电压为1.2Un（240kV），时间为5 min。试验标准按照国家电网公司企业标准Q/GDW 531-2010《高压直流输电直流电子式电压互感器技术规范》执行，试验正常通过。最后，试验人员又对其高压臂、低压臂进行了耐压后的绝缘电阻和测量误差测试，表2为试验数据。

表2 高压臂R1、低压臂R2绝缘电阻值

3.4 电阻盒故障的查找

异常电阻盒输入电阻为120kΩ，而按照厂方提供的出厂值应为100kΩ。由于电阻盒是1路输入、6路输出，正常电阻盒输入电阻100kΩ由6路600kΩ并联产生，因此推测为电阻盒中一路分支开路，基于现场控制保护均检测到电压，应该是备用模块所在的回路开路。

用万用表测量电阻盒内部分压电阻发现，最后一路分压电阻R16异常，测量其两端阻值为389.7kΩ，正常值应为184.8kΩ，其他5路电阻（R11—R15）的阻值经测量均正常，6路分压电阻的测量阻值如表3所示。

表3 电阻盒内部六路并联分压电阻的测量阻值

4 结论

通过以上的测试数据分析可得出结论，后台电压显示不正确是由于EVT电阻盒内部板卡电阻中的R16阻值异常所致。

故障电阻盒的电阻为金属膜电阻，而个别电阻的包封效果不好，在湿度大于70%的环境下会使湿气侵入电阻内部膜层，在通电工作状态下会发生电腐蚀，导致电阻阻值异常[6]。因此生产厂家应加强对设备制造过程的质量控制，重点监控电阻盒元件的材质选择与包封工艺，提高电阻盒元件的防潮水平。

设备的运行环境湿度不宜过高，运维人员应按照相关规程定期开展设备的巡检及例行试验工作，如发现异常现象要认真分析，根据实际情况必要时缩短试验周期。

[1]傅代印，叶宁，郑志勤，等.电子式电压互感器的研究与应用[J].东北电力技术，2013（11）∶19-22.

[2]柴雄亮，程兆谷，赵全忠，等，光纤电压互感器的研究发展[J].激光与光电子学发展，2012，39（8）∶27-31.

[3]夏勇军，苏昊，胡刚，等.电子式电压互感器原理及应用进展[J].湖北电力，2007（4）∶1-4.

[4]方春恩，李伟，王佳颖，等.基于电阻分压的电子式电压互感器[J].电工技术学报，2007（5）∶58-63.

[5]吴勇飞.电子式互感器合并单位的应用与研究[D].武汉：华中科技大学，2007.

[6]刘彬，叶国雄，郭克勤，等.电子式电压互感器性能检测及问题分析[J].高电压技术，2012（38）∶65-69.