梁秉崗 楊學(xué)廣

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州510405）

1 直流分壓器典型結(jié)構(gòu)介紹

高壓直流輸電工程中一般采用直流分壓器來對高壓直流母線電壓進(jìn)行測量，其原理如圖1所示，直流分壓器由高壓臂、低壓臂、二次分壓板、遠(yuǎn)端模塊4部分組成。其中高壓臂與低壓臂串聯(lián)組成阻容分壓的電路，將直流高壓轉(zhuǎn)換為較低的直流電壓，二次分壓板進(jìn)一步將低壓臂輸出的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，送各遠(yuǎn)端模塊（Sensor）進(jìn)行采樣，遠(yuǎn)端模塊將采集的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纖送到相應(yīng)的直流測量系統(tǒng)，再通過測量總線送給控制保護(hù)系統(tǒng)。

圖1 直流分壓器電氣原理圖

2 直流分壓器異常情況的典型表現(xiàn)形式

目前直流分壓器主要故障表象為直流電壓測量異常，從直流分壓器的原理結(jié)構(gòu)可知，各組成元件（高壓臂、低壓臂、二次分壓板、遠(yuǎn)端模塊）的阻抗出現(xiàn)異常均有可能導(dǎo)致直流分壓器輸出的電壓測量值異常。

高壓臂故障以內(nèi)部放電、外絕緣閃絡(luò)等不可恢復(fù)性故障為主，其故障特征明顯，一般可通過現(xiàn)場高壓試驗進(jìn)行判別。

二次分壓板、遠(yuǎn)端模塊的故障多半表現(xiàn)為直流分壓器某一通道輸出值與其余通道不一致。故障錄波繼電保護(hù)測試儀均為電壓電流源，現(xiàn)場可通過在直流分壓器的低壓臂兩端進(jìn)行二次加壓試驗，定位出故障元件。

低壓臂故障，主要特征為分壓器各測量通道輸出的電壓一致，但與實際值存在偏差?，F(xiàn)場一般通過理論計算直流電壓值與直流測量系統(tǒng)電壓值不一致來判斷出現(xiàn)電壓測量異常，但對于檢修后異常是否消除缺乏有效檢測手段。若開展分壓比試驗，由于現(xiàn)場條件限制所施加的電壓低、精度不高，結(jié)果參考意義不大；通過直流系統(tǒng)開展OLT試驗，則需直流系統(tǒng)復(fù)電，不便于現(xiàn)場運維。綜上，亟需研制一款能對低壓臂故障進(jìn)行快速測試的檢測裝置。

3 二次分壓設(shè)備快速檢測裝置的設(shè)計要求

根據(jù)前文對特高壓直流分壓器異常情況典型表現(xiàn)形式的分析，此次對電子式直流分壓器二次分壓設(shè)備快速檢測裝置的研制要求如下：

（1）設(shè)備主功能：該設(shè)備留有兩個接線處，只需將接線處與低壓臂兩端相接，即可得到其阻抗大小，包括等效并聯(lián)電容與等效并聯(lián)電阻大小，電阻測量范圍為10 kΩ～10 MΩ，電容測量范圍為100 nF～10 μF，預(yù)期精度可達(dá)0.1%。

（2）自動存儲測試數(shù)據(jù)及自動識別功能：能夠設(shè)定時間間隔自動記錄存儲測試結(jié)果，能夠根據(jù)測試結(jié)果自動甄別直流分壓器的二次板卡部分是否正常，并關(guān)聯(lián)告警指示燈或告警音響。

（3）便攜性：自帶LCD顯示屏，能顯示測試結(jié)果及電池電量等信息；使用電池供電；體積不宜超過常規(guī)萬用表體積。

4 二次分壓設(shè)備快速檢測裝置的設(shè)計方案選擇

根據(jù)上述電子式直流分壓器二次分壓設(shè)備快速檢測裝置需滿足的設(shè)計要求，此次研制的電子式直流分壓器二次分壓設(shè)備快速檢測裝置的測量系統(tǒng)整體框圖如圖2所示，包括激勵信號源、測試網(wǎng)絡(luò)、24位高精度ADC、整形電路、邏輯門電路、LCD顯示模塊、無線收發(fā)模塊、主控制器模塊和上位機(jī)等部分。

為更好地適應(yīng)現(xiàn)場的測試環(huán)境及結(jié)果，在設(shè)計之初，有以下兩個方案供選擇考慮，下面將從原理上以及工程現(xiàn)場的實際情況來分析兩個方案的利弊。

方案一：系統(tǒng)給一固定交流信號激勵源，根據(jù)被測網(wǎng)絡(luò)值的大小，選擇給10 Hz交流激勵信號，測量交流信號幅值和相位的變化，計算阻抗大小。由圖1中測量網(wǎng)絡(luò)可得輸入、輸出關(guān)系如式（1）所示：

圖2 電子式直流分壓器二次分壓設(shè)備快速檢測裝置整體方案框架

由式（1）可得相位與幅值關(guān)系如式（2）和式（3）所示：

其中幅值關(guān)系可通過24位高精度ADC采集得到，相位關(guān)系可通過整形電路、邏輯門電路得到一與相位相關(guān)的電平，控制器捕捉電平寬度得到相位變化大小。通過列方程組（式（2）與式（3）），解方程組得到Cx和Rx大小。

方案二：系統(tǒng)首先選擇激勵源為直流激勵源，通過測量輸入、輸出大小變化，計算被測網(wǎng)絡(luò)直流條件下阻抗，即等效電阻Rx大小，此時輸入、輸出關(guān)系如式（4）所示，輸入、輸出大小通過24位高精度ADC采集得到，然后代入式（4）計算得到Rx大小。

得到電阻值Rx大小后，將激勵源換為10 Hz交流激勵，測量輸入、輸出端的相位差，將Rx電阻值大小和相位差θ代入式（2）即可得Cx大?。?/p>

上述兩種方案各有優(yōu)缺點：方案一優(yōu)點是測量速度快，每一個周期即100 ms可測量一次。缺點是測量精度差，由于相位變化與電容電阻變化的非線性關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，很大的電容和電阻變化才能引起一定的相位變化，這導(dǎo)致了測量精度無法提高；而整個測量系統(tǒng)精度下降。方案二與方案一相反，缺點是測量速度慢，激勵源每切換一次需要等待信號達(dá)到穩(wěn)態(tài)，需要幾秒才能完成一個測量周期，但卻保證了測量精度，在測電阻大小時，由于采用的是直流激勵，可忽略電容的影響，測量精度大大提高，保證了電阻的精度，只要能精確測量相位變化，就能很好地測量電容的大小。針對本研究目的，最關(guān)心的是低壓臂和二次分壓板的直流阻抗特性和整體測量精度，結(jié)合以上兩個方案的優(yōu)缺點，本項目采用方案二。

5 結(jié)語

本文介紹了一種直流分壓器二次分壓設(shè)備快速檢測裝置的研制，其在工程現(xiàn)場應(yīng)用簡單快捷，只需將裝置測試表筆與直流分壓器的低壓臂兩端連接，并實現(xiàn)了與上位機(jī)的通信功能，能自動保存低壓臂的長時間連續(xù)監(jiān)測和測試數(shù)據(jù)，該裝置的研制極大地方便了現(xiàn)場運維工作的開展。