裴少华
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摘要：直流分压器是特高压直流输电控制保护系统的数据源头，其传变特性对直流线路保护适应性有着很大的影响。因此，要想确保直流输电系统的运行安全，就要对这种影响进行深入分析。本文也会针对特高压直流分压器的传变特性以及其电压突变量保护的原理进行着重分析，并通过相应的仿真实验来探究互感器传递特性对保护的影响，以便相关人士参考。
关键词：特高压直流分压器；传变特性；电压突变量；保护影响
目前，在远距离、大容量输电和电力系统联网中，高压直流输电线路的应用率十分明显，因为其不仅稳定性高、控制响应快，而且输送功率也是极为突出，能够很大程度上满足人们的安全用电需求。但是随着特高压直流输电的快速发展，人们对于直流输电系统的测量问题也是给予了很高的关注度，而直流分压器是其最主要的测量装置，因此，要想进一步提升输电系统的运行安全，为人们提供安全可靠的电能，就要对系统分压器的传变特性及其电压突变量保护的具体影响进行深入的分析。
1.传变特性分析
1. 1拓扑结构
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图一、特高压直流分压器架构设计
如图一所示，特高压直流分压器的架构设计较为复杂，主要包括一次分压回路、二次分压板和电子隔离装置三大关键组成部分。其中，一次分压回路的应用功能是需要通过阻容分压方式来实现，其可以很好的将特高电压转换成稳定电压；而二次分压板的应用功能体现在分压回路的科学设计上，其是由电阻、电容等无源元件所组成，进以通过控制保护系统来对二次侧电压进行有效保护，此外，该组成要素还可以减少二次回路负载故障对分压器的影响，进而使分压器二次测量结果与实际运行情况相一致。从设计类型来区分，二次分压板的电压分压器主要包括两种形式，即I型和II型。其中，I型分压器的拓扑结构是以一次分压回路设计方案为依据进行设计，而II型分压器的设计中则直接省略了低压臂电容的设计；电子隔离装置的主要功能是能够对相应的信号进行有效隔离，在这一过程中，其需借助低通抗混叠滤波器、A/D转换器以及D/A转换器等设备的力量才能得以实现。
1.2特性分析
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1.2.1幅频特性
如图二所示，典型参数下，I型和II型直流分压器的幅频特性主要体现在隔离放大器的截止频率上，其分别为2 kHz和5 kHz。其中，前者分压器受电子隔离装置所影响，一旦其所注入的信号频率高于截止频率，就会使得信号放大倍数迅速下降，并且还会致使截止频率成为影响高频段传递函数幅值的主要因素。相对而言，后者分压器只有在在二级阻容分压回路的影响下，且截止频率高于100 Hz时，才能呈现出明显的幅频特性。通常，当该分压器的信号频率大于截止频率时，其幅值虽然会随之变小，但传递函数的幅值却会逐渐升高。
1.2.2阶跃响应
由于特高压直流分压器保护装置的感知灵敏度较强，所以其能够完整的获取到全部时域波形信号。基于这种特性，在对其进行分析时，就要以阶跃响应为主要目标，并将两种类型分压器的隔离放大器截止频率作为首要参考依据，以便可以精确计算出分压器阶跃响应的相关参数动态性能，最终计算结果可以从表一数据中体现出来，由此可以证实，在高频段中，II型分压器的放大倍数会更为明显，所以当滤波器的截止频率为2 kHz和5 kHz时，其超调量也会升高至561%和775%以上数值。但若是其超调量为0时，分压器的上升时间就会与直流互感器的标准允许范围完全吻合。
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表一、四种类型分压器阶跃响应动态性能
2.电压突变量保护原理
通常，特高压直流输电系统线路在发生故障时，直流电压的下降速度也会变得十分迅猛，这种情况下，就要按照公式（1），并结合直流输电系统电压突变量，来有效处理线路接地故障：
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3.保护影响仿真实验
为了进一步分析特高压直流分压器对电压突变量保护的影响，本文采用相应的仿真技术构建了一个完整的系统模型。在该模型中，输电线路长度为1650 km、系统额定输送容量设为8000 MW、两侧极线上平波电抗器均为150 mH。按照相应的电压突变量保护整定原则要求，在利用仿真模型对特高压直流系统额定工况进行计算时，就要尽量参考t=1.5s的标准来进行。与此同时，还要假定I线路末端出现金属性接地短路故障，这样才能在此基础上深入分析整流侧电压突变量保护的实际动作情况。此外，还要根据两种直流分压器的特征，采用阻容分压典型参数来对滤波器截止频率和数据采样率进行合理设定，可分别以2 kHz、3 kHz、5 kHz、10 kHz等数值作为参考基准，这样才能科学准确的分析出两组分压器二次侧电压传变波形，如图三所示。
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另外，还要结合电压传变波形图，精确计算出不同工况下保护装置所感知到的电压突变量。根据图四所示的计算结果可以得知，当金属性接地短路故障的发生部位处在直流输电系统线路末端时，其线路首端极I电压就会瞬间下降，最大范围可在2ms内由原有额定功率将至700 kV左右。与此同时，一次侧电压也会迅速随之降低，据相关实践证明，其在1ms内可由原有功率降至到-1200 kV左右。若是按照此仿真结果来对系统进行保护整定，根据最终整定结果可以得知，使用II型电压分压器的电压突变量保护能力要远远高于I型电压分压器。
4.结论分析：
本文主要将两种不同类型的直流分压器作为主要分析对象，分别对其传变特性、拓扑结构、阶跃响应动态特性以及对电压突变量保护性能的影响进行了深入的分析，由此总结出以下两方面结论:首先，I型电压分压器在实际运行过程中，很容易受电子隔离装置中低通抗混叠滤波器所影响。基于此，当低通抗混叠滤波器截止频率出现大幅降低情况时，I型电压分压器的阶跃响应的调整时间就会相对有所增加。通过仿真实验可以证明，一旦金属性接地短路故障出现在系统线路末端，且滤波器截止频率和电压突变量低于相应的保护整定值时，这样就会给分压器电压突变量保护功能的最大化发挥造成一定的影响，使其无法满足单端线路全长的保护要求。其次，由于II型电压分压器在拓扑结构设计中取消了低压臂电容设计，所以，其阶跃响应不仅会产生一定的超调情况，而且其上升时间也会远低于I型互感器。另外，根据仿真实验结果可以得知，该类型电压分压器电压突变量保护的灵敏度十分突出，即便线路末端出现金属性接地短路故障，其也会完全满足单端线路的全面保护需求，并且整体电压保护能力也要高于I型电压分压器。
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