CN106501568B - 一种直流分压器用远端模块箱体 - Google Patents

Abstract

本发明一种直流分压器用远端模块箱体，能有用于高压和特高压直流工程换流站，结构简单，稳定可靠，防尘防水等级达到IP55及以上，为工程实践中直流分压器的安全运行、监视及维护提供了有效手段。其包括设置在箱体内的电阻分压盒、远端模块和光纤熔接盒，以及设置在箱体上的模拟量输入端和数字量光纤接口；电阻分压盒用于将直流分压器低压臂的输出信号按照同样变比分配给多个独立的远端模块；远端模块的输出端连接光纤熔接盒输入端；模拟量输入端连接直流分压器低压臂输出的模拟信号线和电阻分压盒输入端；数字量光纤接口连接光纤和光纤熔接盒输出端。

Description

一种直流分压器用远端模块箱体

技术领域

本发明涉及高压和特高压直流输电工程应用领域，具体为一种直流分压器用远端模块箱体。

背景技术

直流分压器采用阻容分压原理，分为高压桥臂、低压臂、远端模块箱体和合并单元部分；其高压臂与低压臂具有相同的时间常数，使分压器具有很好的频率特性及暂态特性，是利用阻容分压和光纤传输技术来实现高压和特高压直流输电工程电压测量的新型互感器。与电磁式传统的互感器比较.其具有绝缘性能优良、不含铁心、无铁磁谐振、动态范围大、测量精度高等优点，同时又能以光数字信号输出，取消了大量的二次回路，为电力系统的安全运行、节约成本、优化二次设备提供了坚实的基础，在直流输电系统中得到了广泛的应用。

高压和特高压直流输电工程中，直流分压器是直流控制保护及测量录波系统采集电压量的最主要设备之一，其设备本体或相关二次回路的运行好坏，与直流输电系统的运行可靠性密切相关，当出现故障时，会引起直流系统相关保护报警，严重时会直接导致极闭锁事故发生。

从直流输电工程2003年以来的运行情况看，直流分压器问题成上升趋势，在2008年以前，仅江陵换流站出现一次极Ⅰ极母线直流分压器外绝缘闪络引起的极闭锁事故，随后问题不断，尤其是新投运的工程，如宝鸡换流站，在2010年上半年电光传输问题发生11次；如复奉直流奉贤换流站、复龙换流站，在2010年第四季度起到2011年第三季度期间极母线直流分压器电压测量故障频现，两站累计出现10余时间段，50余次。2016年7月500kV金中站和牛从站因为远端模块箱体接地不可靠多次引起直流分压器输出电压异常波动异常，直流分压器出现的其他类型问题还有本体漏气、二次接线盒凝露等。

高压和特高压直流输电工程在运直流分压器上百台，总体说来，运行中的直流分压器故障问题可划分为五类：(1)设备外绝缘闪络放电；(2)设备内部放电(引起电压测量故障)；(3)设备本体漏气；(4)电光设备故障；(5)远端模块箱体接地不可靠。

从运行情况看，直流分压器一次部分出现故障情况较少，主要表现为外绝缘闪络放电、内部径向放电及本体漏气；二次部分存在问题较多，主要表现为电光设备故障、二次回路绝缘降低、二次接线盒内密封不好、导致进水或凝露、直流分压器输出不满足设计冗余及二次接地不可靠等，其中二次部分问题占居主导地位，这些问题导致测量出现异常产生闭锁跳闸。因此，如何设计和制作一种简单、可靠、防尘防水等级达到IP55等级及以上的远端模块箱体，将直流分压器二次部分集成设计安装在其里面，提高直流分压器运行的安全可靠性是解决目前直流分压器在高压和特高压直流输电工程应用中所面临的现实问题，实属当前业界的重要研究课题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种直流分压器用远端模块箱体，结构简单，稳定可靠，防尘防水等级达到IP55及以上，为工程实践中直流分压器的安全运行、监视及维护提供了有效手段。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种直流分压器用远端模块箱体，包括设置在箱体内的电阻分压盒、远端模块和光纤熔接盒，以及设置在箱体上的模拟量输入端和数字量光纤接口；电阻分压盒用于将直流分压器低压臂的输出信号按照同样变比分配给多个独立的远端模块；远端模块的输出端连接光纤熔接盒输入端；模拟量输入端连接直流分压器低压臂输出的模拟信号线和电阻分压盒输入端；数字量光纤接口连接光纤和光纤熔接盒输出端。

优选的，电阻分压盒和多个独立的远端模块安装于远端模块安装底板上，远端模块安装底板通过螺钉固定在箱体底板上。

进一步，光纤熔接盒固定在远端模块底板上，光纤熔接盒对内和远端模块之间通过光纤跳线连接，对外则通过束状光缆经数字量光纤接口和远方控制系统通信。

优选的，直流分压器低压臂输出的模拟信号线与箱体中电阻分压盒通过双冗余屏蔽信号线连接。

优选的，每个远端模块由远方合并单元通过光纤提供独立无源供电电源。

优选的，每个远端模块通过滤波算法对离散突变异常数据进行实时滤波处理。

优选的，电阻分压盒和远端模块之间通过航空插头进行连接。

优选的，箱体顶端设置有防雨罩，背部通过安装槽固定在直流分压器的底座支架上靠近分压器低压臂固定位置设置。

进一步，箱体上设置有与直流分压器的底座支架等电位连接的接地块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种直流分压器用远端模块箱体，能有用于高压和特高压直流工程换流站，模拟信号进入电阻分压盒后按照同样变比分配给多个独立远端模块进行数字采样处理，通过将信号进行同变比的分配，进行分开处理，避免了二次输出电压低、功率不足、各模块独立性差和相互影响等缺点。同时如出现合并单元的输出电压波动等异常现象，可通过对比多路合并单元的输出值对测量异常故障进行分类和定位，提供了一种直流分压器工作在线监测功能。该远端模块具有工作稳定可靠，数据发送光纤功率恒定等特点。远端模块经过高速数据采集和干扰滤波处理后以光信号的形式供合并单元。经过光纤熔接后的束状光缆远距离传输保证了人员能够远离一次设备本体进行试验和信号应用，可避免对人身造成伤害。

进一步的，远方激光供电的远端模块采集信号端口采用无源低通滤波器，对共模干扰和差模干扰进行抑制，远端模块信号输入端具有输入阻抗大、抗干扰强等特点，因激光供电而不存在低电位TEV抬升的安全威胁。

进一步的，直流分压器低压臂输出的模拟信号经过双冗余屏蔽线接入电阻分压盒，使其能够具有抗干扰强和传输可靠性高的特点。

进一步的，箱体在结构和屏蔽方面采用双层全密封屏蔽将电阻分压盒、远端模块和光纤熔接盒等包围起来，箱体独立可靠的接地点。该箱体具有抗干扰能力强、密封性好、防尘防水和防凝露的特点。

附图说明

图1是本发明实例中所述远端模块箱体的安装示意图。

图2a为本发明实例中所述远端模块箱体的结构正示意图。

图2b为图2a的左视图。

图3为本发明实例中所述远端模块箱体的电阻分压盒原理示意图。

图中：电阻分压盒1、远端模块2、远端模块安装底板3、光纤熔接盒4、模拟量输入端5、接地块6、数字量光纤接口7、安装槽8、防雨罩9、直流线路10、复合套管11、高压臂12、低压臂13、远端模块箱体14、合并单元15、直流控制保护系统16。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种直流分压器用远端模块箱体，用于高压和特高压直流工程换流站，其包括电阻分压盒1、远端模块2、远端模块安装底板3、光纤熔接盒4、接地块6、防雨罩9、安装槽8、模拟量输入端5、数字量光纤接口7和箱体。

分压器低压臂输出的模拟信号线与箱体中电阻分压盒1通过双冗余屏蔽信号线连接，模拟信号进入电阻分压盒1后按照同样变比分配给多个安装于远端模块安装底板3的独立远端模块2，电阻分压盒1和远端模块2之间通过航空插头进行连接。远端模块2采样后的数字信号通过光纤对外传送给合并单元，远端模块2通过激光光纤获得供电能量。同时根据合并单元的输出可以对测量异常故障进行分类和定位，对直流分压器的工作状态具有在线监测功能。

顶端具有防雨罩9的远端模块箱体通过所述的安装槽8紧固安装在高压直流分压器的底座支架上，和分压器低压臂固定位置距离较近，分压器低压臂输出的双冗余模拟信号线通过模拟量输入端5与箱体内的电阻分压盒1连接。

电阻分压盒1的主要目的是将分压器低压臂的输出信号按照同样变比分配给多个独立远端模块2。电阻分压盒1的多路输出相互独立，即使远端模块电光发送模块故障或不接入任何一路或多路远端模块对测量精度几乎没有影响，依然能达到分压器起初设计精度参数。

电阻分压盒1和多个独立的远端模块2安装于远端模块安装底板3上，安装底板3通过螺钉可靠安装于箱体底板上，保证远端模块2的板卡工作地、远端模块安装底板3和箱体等电位进而和直流分压器安装底架可靠接地。远端模块2主要完成直流分压器二次模拟小电压信号的数字量采集，通过数字量光纤接口7对外通讯，其工作所需要的能量通过远方合并单元以激光光纤形式提供。具体的，所述远端模块安装底板3和箱体为等电位，多个独立的远端模块2并列平行安装于其上，同时其为多个远端模块提供可靠的等电位，确保远端模块2可靠接地。

每个远端模块2由远方合并单元通过光纤提供的独立无源供电电源，用于对远端模块的各电路模块供电，提供了电光模块工作的可靠性。每个远端模块2内部有软件滤波算法对离散突变异常数据进行实时滤波处理。

光纤熔接盒4紧固安装于远端模块底板3上，光纤熔接盒4对内和远端模块2之间通过光纤跳线连接，对外则通过束状光缆经所述数字量光纤接口7和远方控制系统通信。

所述模拟量输入端5为电阻分压盒1和分压器低压臂通信电缆固定孔，双冗余通信电缆可大大降低虚接、虚短等潜在通信风险。箱体附件等为密封条和干燥剂等其他辅助件，其为箱体保证整体性能所需的附件。

使用时，1、直流分压器低压臂输出的模拟信号经过箱体电阻分压盒1进入各独立远端模块2；2、各个远端模块2对输入信号进行实时数据采样，同时对离散突变异常数据进行实时滤波处理；3、滤波后的采样数据和预设阈值进行比较，如果大于阈值则对当前采样点置品质无效；4、当前采样数据周期性的经远端模块的2电光转换模块以光纤传输给后端合并单元处理；5、如出现合并单元的输出电压波动等异常现象，可通过对比多路合并单元的输出值对测量异常故障进行分类和定位。

安装时，箱体固定安装于直流分压器的底座支架上。分压器低压臂输出的模拟信号线与箱体中的电阻分压盒1通过屏蔽双冗余信号线连接，模拟信号进入电阻分压盒1后按照同样变比分配给多个独立远端模块进行数字采样处理，采样后的数字信号通过光纤对外传送，同时远端模块通过激光光纤获得供电能量。该箱体是解决客服了以往工程实践中二次输出电压低、功率不足、难以满足远端模块冗余配置设计要求等问题，同时根据合并单元的输出可以对测量异常故障进行分类和定位，为分析直流分压器输出电压波动异常现象提供了有效手段和方法。

具体的，如图1所示，直流分压器测量装置由高压直流分压器、远端模块箱体14及合并单元15组成，其合并单元15安装于控制室内，和远端模块2之间通过光纤连接。连接直流线路10的高压直流分压器12为阻容结构，安装固定于橡胶复合套管11内部，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，整个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12阻容单元R1C1，下节为低压臂13阻容单元R2C2。合并单元15的输入端经光缆与远端模块箱体14输出端连接，输出端连接直流控制保护系统16。

如图1所示，远端模块箱体固定安装于直流分压器的底座支架上。分压器低压臂13输出的模拟信号线与箱体电阻分压盒通过双冗余屏蔽信号线连接，模拟信号进入电阻分压盒1后按照同样变比分配给多个独立远端模块2进行数字采样处理，采样后的数字信号通过光纤对外传送，同时远端模块2通过激光光纤获得供电能量。

如图2a和图2b所示，为本发明远端模块箱体，包括电阻分压盒1、远端模块2、远端模块安装底板3、光纤熔接盒4、接地块6、防雨罩9、安装槽8、模拟量输入端5、数字量光纤接口7和箱体附件等。

该箱体在结构和屏蔽方面采用双层全密封屏蔽将电阻分压盒1、远端模块2和光纤熔接盒4等包围起来，箱体通过接地块6设置独立可靠的接地点。箱体内部布局结构合理、美观大方，充分考虑了电缆和光缆的走线方向和形式，保护了光纤的安全性和具有很好的工程施工方便。该箱体具有抗干扰能力强、密封性好、防尘防水和防凝露的特点。

如图3所示，是为本发明实施例中电阻分压盒1原理示意图，直流分压器主要包括:高压臂(R1和C1)、低压臂(R2和C2)和箱体中的电阻分压盒1(N路分压独立输出，N≥1)及N个对应的远端模块2等。所述电阻分压盒1的主要目的是将分压器低压臂的输出信号按照同样变比分配给多个远端模块进行处理。

为了描述的方便，图3选取了500kV直流系统直流分压器的设计参数为例进行说明，高压臂R1＝250M，C1＝300pF，低压臂R2＝33.33k，C2＝3uF，二次电阻分压盒的N＝12，电阻分压盒1第一路高压臂的电阻R11＝1185k，R12＝15k，其他11路的参数取值和第一路相同。

电阻分压盒,1的输入阻抗

低压臂和电阻分压盒1的等效阻抗

为了满足频率响应特性的要求R1*C1＝Rlow*C2 (3)

低压臂输出电压

电阻分压盒1输出给远端模块2的电压

在本实施例中，分压器正常工作情况下电阻分压盒额定输出为624.866mV(对应于远端模块额定输出数字量15000，合并单元额定输出500kV)，如果出现故障合并单元输出量偏大或者偏小(假定合并单元工作正常)，具体故障排除步骤如下：

1)如果12个远端模块的输出大小相等，比实际值大或小，则可能由如下三种可能的原因：

①如高压臂电阻R1由250M的阻值变化为240M-260M之间，则合并单元的输出改变量为4％左右，即为480kV-520kV之间；

②如低压臂电阻R2由33.33k的阻值变化为31.33k-35.33k之间，则合并单元的输出改变量为4.5％左右，即为477.5kV-522.5kV之间；

③如电阻分压盒1接地不好或远端模块安装板接地不好，会引起测量偏高的异常，合并单元的输出该变量为6％左右，即470kV-530kV之间。

2)单路远端模块无输出，即合并单元输出接近于0，则电阻分压盒(1)的输入阻抗由100k变为109k，则其他11路合并单元的输出为510.5kV，比实际值大10.5kV，此时即可判定为无输出远端模块2对应的电阻分压盒1分压电路支路处于开路状态，进行故障定位和检查；

3)单路远端模块2输出大小和其他11路输出大小有明显差异，比如单路电阻分压支路低压臂电阻由15k变为14k或16k时，合并单元的输出改变量为6.57％左右，即变小或变大32.89kV左右，其他11路的输出基本没有变化，此时可以断定单路电阻分压支路故障。

4)如果12路远端模块2输出都接近于0，则出现了直流分压器低压臂或箱体电阻分压盒1某支路出现了对地短路，导致远端模块2的输入电压为0，此时可以断定为对地短路故障。

该电阻分压盒1是解决以往工程实践中二次输出电压低、功率不足、难以满足远端模块冗余配置设计要求的关键点所在，进而避免或大大降低了电光模块模拟信号输入源头故障的概率，同时根据合并单元的输出可以对测量异常故障进行分类和定位，为分析直流分压器输出电压波动异常现象提供了有效手段和方法。

以上所揭露的仅是本发明的较佳实施例而已，然不能以此来限定本发明的权利范围；本领域技术人员利用上述揭露的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，包括高压臂、低压臂、设置在箱体内的电阻分压盒(1)、远端模块(2)和光纤熔接盒(4)，以及设置在箱体上的模拟量输入端(5)和数字量光纤接口(7)；

电阻分压盒(1)用于将直流分压器低压臂的输出信号按照同样变比分配给多个独立的远端模块(2)进行处理；远端模块(2)的输出端连接光纤熔接盒(4)输入端；所述的电阻分压盒(1)包括N路分压独立输出，N≥1；N路分压独立输出形成两组回路并联在低压臂上，同一回路中的分压独立输出并联设置，分压独立输出为电阻分压结构，每个分压回路有单独的与低压臂高电位连接的节点，每组分压回路有自己的接地点；每个远端模块(2)由远方合并单元(15)通过光纤提供独立无源供电电源；

模拟量输入端(5)连接直流分压器低压臂输出的模拟信号线和电阻分压盒(1)输入端；

数字量光纤接口(7)连接光纤和光纤熔接盒(4)输出端；

如出现合并单元的输出电压波动异常现象，通过对比多路合并单元(15)的输出值对测量异常故障进行分类和定位，进行直流分压器工作在线监测。

2.根据权利要求1所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，电阻分压盒(1)和多个独立的远端模块(2)安装于远端模块安装底板(3)上，远端模块安装底板(3)通过螺钉固定在箱体底板上。

3.根据权利要求2所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，光纤熔接盒(4)固定在远端模块底板(3)上，光纤熔接盒(4)对内和远端模块(2)之间通过光纤跳线连接，对外则通过束状光缆经数字量光纤接口(7)和远方控制系统通信。

4.根据权利要求1所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，直流分压器低压臂输出的模拟信号线与箱体中电阻分压盒(1)通过双冗余屏蔽信号线连接。

5.根据权利要求1所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，每个远端模块(2)通过滤波算法对离散突变异常数据进行实时滤波处理。

6.根据权利要求1所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，电阻分压盒(1)和远端模块(2)之间通过航空插头进行连接。

7.根据权利要求1所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，箱体顶端设置有防雨罩(9)，背部通过安装槽(8)固定在直流分压器的底座支架上靠近分压器低压臂固定位置设置。

8.根据权利要求7所述的一种直流分压器用远端模块箱体，其特征在于，箱体上设置有与直流分压器的底座支架等电位连接的接地块(6)。

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