关键词：直流分压器的装置原理；直流分压器校准；通道误差系数
0引言
金中(金官至桂中)直流输电系统2016年5月建成投运，2016年07月22日，桂中站极1直流电压测量值出现偏高约5kV的异常情况。自2017年2月初开始，桂中站极1直流电压测量值偏高约4kV。经进一步了解，桂中站极 1 直流 PT 的疑似异常情况表现为：在自 2016 年 7 月来，测量值由正常渐变到偏高 1%。
目前，南方电网出现多起直流电压测量异常事件，对此的研究主要集中在一次本体和二次电阻盒及远端模块上，尚未涉及软件修改。针对桂中换流站极1直流电压测量异常问题，本文对直流电压测量装置及其回路进行了研究，同时多方面分析了引起测量异常的原因，并在研究基础上提出了有效解决措施，最终论证使用修改PT通道误差系数方法消除了测量误差。
1 异常现象及直流电压测量回路构成
金中直流电流超过0.5p.u，金官站两极直流电压均为500kV，桂中站两极直流电压相差4kV，其直流功率存在一定偏差，交流功率基本相等。（见表1）由现象分析可知桂中站极1直流电压测量值长期存在偏高4kV现象。
表1 桂中站双极交、直流侧功率、电压
运行极直流侧功率/MW交流侧功率/MW直流电压/kV
极11427.21402.8476.5
极21415.31401.8472.3
直流电子式电压互感器主要由直流分压器、电阻盒、远端模块及合并单元组成。直流电压测量设备构成见图1。直流 PT 采样获得的信号经合并单元送给二次控制保护系统。
直流分压器利用基于等电位屏蔽技术的精密电阻分压器传感直流电压，利用并联电容分压器均压并保证频率特性。电阻盒实际上是一个低压分压板，分压板将分压器输出的低压信号转换为多路信号给多个远端模块进行处理。
图1直流电压测量设备构成示意图
2 电压测量偏高及异常定位
因电压测量异常时各远端模块对应的测量通道均异常，问题应出现在公共环节部分：电阻盒、分压器、远端模块箱体接地及一次本体原因等。引起直流电压测量偏高有如下几种可能：
(1)电阻盒内存在虚接隐患
桂中站直流PT使用的电阻盒是NR1476A，如图2所示，电阻盒输入端的信号按同样变比分配给十二个输出端。如果电阻盒内十二个支路中有一个支路的电阻存在虚接，则可能导致电阻盒输入阻抗变大。接触电阻增大，则远端模块承受的电压偏大，直流电压测量值偏大；电阻盒内电阻与远端模块输入电阻无有效接触，则直流电压测量值为0。
图2直流电压测量设备电阻盒连线图
(2)直流分压器高压臂漏电流偏大
高压电阻和高压电容并联构成直流分压器高压臂，当分压器高压臂漏电流增大，则分压器低压臂以及电阻盒承受的电压偏大，反馈到控制保护系统的直流电压则超过500kV；反之，则直流电压测量值偏小。
(3)远端模块箱体未有效接地
远端模块箱体接地不可靠，导致各远端模块均未能有效接地，使得远端模块前级电路的电阻R12一端悬空，从而引起测量异常。
图3 直流分压器及远端模块前级电路原理图
对于桂中站极线电压测量偏高，（1）首先可排除分压器高压臂漏电流增大可能，因为停电期间检查并未发现任何异常；（2）电阻盒内电阻虚接异常亦可排除，停电期间，测量输入端口电阻为100KΩ，输出端口电阻都为14.8KΩ，与设计参数一致。（3）现场检查，远端模块安装板与箱体虚接、远端模块箱体接地线与箱体虚接的可能性也可排除；（4）排除极1直流电压测量回路接地、虚接、电阻盒、远端模块等问题，而桂中站极1直流电压偏高4kV长期存在，需要进一步试验核实极1直流电压是否存在异常及进行详细异常定位。
3、极1直流电压异常处理分析
2017年4月22日，桂中站年度检修期间，桂中站进行极1直流PT测量系统排查，将一台直流标准PT、校验仪、大功率直流稳流源作为现场实际设备测量结果的参照。现场设备排查与实际加压试验的结果如下：
1）对现场实际设备进行了勘验，未发现一次本体、远端模块箱内板卡及接线存在异常；
2）在现场试验条件允许范围内（最大加压-90kV），分别在校验仪、运行人员工作站读取并记录标准PT、现场PT的实测值，结果如表2：
表2 桂中站极1直流电压对比
测量位置极1直流电压（kV）
标准PT-49.975-70.035-90.200
极1极线PT-50.2-70.7-90.8
2.1 试验现象分析
对极1直流PT的异常现象，根据此次检查情况、误差实测结果，结合极1直流PT运行情况，分析认为：
对目前实测得到的极1直流PT测量值有约0.6%的误差情况，由于已排除上述因素造成的误差，推测可能是其本身固有的误差，在运输、安装环节产生，自投运后一直存在。故对目前的试验方法进行完善并进一步进行测试验证。
2.2、处理方案分析
由于排除极1直流电压测量回路接地、虚接、电阻盒、远端模块等问题，根据事件现象，问题出在公共部分，其误差为直流分压器本身固有误差或由于调试期间PT通道系数配置有误造成。
方案一为对直流分压器进行校准。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆直流分压器的校准可由比较法进行，使用分压比和工作电压相同，准确级不低于0.05级标准直流高压分压器来检定0.2级的被检直流高压分压器，由差值测量法就可测量出误差。直流分压器在低电压下的分压比可由高压臂和低压臂电阻值的精密测量与比较得到，准确度可达到10-6量级。通过调整适当的低压臂电阻，可使得标准分压比达到准确度。但是，在不同电压下、不同温度下测量出的分压比，不尽相同，甚至超过准确级允许的范围。
通过调整低压臂电阻来校准直流分压器，还面临着高精度电阻较难制造、校准、保存，现场校准难以获得较高的准确度稳定性，出现检定和现场使用时的电阻值变化问题。且调整低压臂电阻为在直流分压器一次本体进行改造，风险较高，现场需要重复加压试验，所需数据较多，复杂程度较高。
此外还有一种方案为通过调整PT通道误差系数来校准直流电压测量异常。例如一次实际加压为15000码值，测量系统显示为14950码值，此时取误差系数为15000/14950，使得实际显示值为15000，实际显示电压500kV。这种通过软件修改的方法操作起来比较简单，可行性高，效果显著，所需时间短，故现场采用该方案。
4、PT通道误差系数校准
为了对极1直流PT的当前误差状态做进一步的确认，进行以下工作。
1）、进一步确保极1直流PT外部可靠接地，接地点接触电阻稳定，接近于0。
2）、对标准PT进行充SF6气体至0.35MPa，保证其耐压能力达到200kV。
3）、准备满足大于200kV升压能力的直流升压器，按图3接线，对直流PT做进一步、更高准确度的误差测试。
图3直流PT误差测试接线示意图
4）、将被试的极1直流PT和已充气的标准PT并联，被试直流PT共对应8台合并单元，分别为极1直流场测量接口柜A、B的H1和H3装置、极2直流场测量接口柜A、B的H2和H4。（采集极1极母线电压）
5）、使用现场的备用光纤芯连接，分别依次将各个合并单元的输出连接到电子式互感器校验仪。逐步升压到-200kV，分别在-50kV、-75kV、-100kV、-200kV进行观察比对，在-200kV下直接读取并记录校验仪的误差数据。
通过校验仪读取的误差值为实时计算获得的误差值，其不受升压器电压波动的影响，结果见表3。
表3 PT通道误差系数调整前极1直流电压
电压等级（kV）实际电压（kV）测量值保护值
实测误差（%）实测误差（%）
-50-50.38-50.92-50.89
1.04230.9678
-75-75.38-76.13-76.11
0.99510.9614
-100-100.53-101.55-101.53
0.90100.9526
-200-200.46-202.52-202.43
1.02760.9827
6）、误差校准。
根据经验，在200kV（对应额定500kV的40%）测得的误差范围与500kV（100%）相当，可以此为依据进行误差校准。
误差系数计算式：K=K_0 1/(1+X)
上式中：K——新误差系数
K0——旧误差系数
x——实测误差（比如测量幅值比标准值偏高，误差为0.5%，则x为0.005）
测量线圈在-200kV时校验仪读取的误差值为1.0330，则新误差系数K=K_0 1/(1+X)=1.14811/(1+X)=1.1364。
保护线圈在-200kV时校验仪读取的误差值为0.9903，则新误差系数K=K_0 1/(1+X)=1.14791/(1+X)=1.1366。
误差校准的方法：在合并单元处，通过液晶面板，微调对应直流PT的误差系数。本次工作涉及的装置包括：极1直流场测量接口柜A、B的H1、H3装置的RTU1系数和极2直流场测量接口柜A、B的H2、H4装置的RTU1系数。
7）、再次升压，任选8台合并单元中的2台，在-200kV测试极1直流PT的误差，结果见表4。可知误差≤±0.2%，满足要求。
表4 PT通道误差系数调整后极1直流电压
电压等级（kV）实际电压（kV）测量值保护值
校验仪计算误差（%）校验仪计算误差（%）
-50-50.45-50.40-50.50
-0.06370.1400
-75-75.47-75.39-75.55-
-0.12240.0771
-100-100.67-100.59-100.73
-0.1220-0.0220
-200-200.74-200.51-200.95
-0.11470.1046
5 结论
桂中换流站极1直流电压测量异常，在完成PT通道误差系数校准投入运行后，测量电压与理论电压一致，双极直流电压、功率平衡，极1恢复正常运行。
当排除直流电压测量回路接地、虚接、电阻盒、远端模块、一次本体等问题时，可由差值测量法测量出误差，采用通过软件修改的方法调整PT通道误差系数，使得后台测量电压与标准电压一致，如此可行性高，效果显著，停电时间短。
参考文献
[1] 章述汉，王乐仁. 基于电压加法原理的直流分压器校准方法[J].高电压技术，2006，32（11）：53-56.
[2] 刘志宏，马志毅. 直流高电压标准分压器周期校准方法的研究[J]. 宇航计测技术，2006，26（3）：30-34.
[3] 杨春光，黄葆文，谭彦民，张长青，高敬更，乔立凤. 直流输电系统用直流分压器现场检测方法研究[J]. 电 子 测 量 技 术，2014，37（1）：117-121.
[4] 罗苏南，曹冬明，须雷，朱长银，卢为. 天广直流输电系统直流电压互感器缺陷分析及改进[J]. 电工电气，2014，NO.3：28-30.
论文作者:田越宇 荣军 黄聪
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2018年12期
论文发表时间:2019/1/2
标签：电压论文; 误差论文; 测量论文; 电阻论文; 系数论文; 远端论文; 异常论文; 《中国电气工程学报》2018年12期论文;