劉艇，梅琦龍

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司昆明局，昆明 650000)

0 前言

某±800 kV 換流站兩次出現(xiàn)了因直流濾波器C1 電容器不平衡保護告警。直流濾波器是±800 kV 特高壓換流站中十分重要的設(shè)備，以濾去換流變產(chǎn)生的諧波及其它各次頻率的特征諧波，以保證換流器在任何運行方式下，最大等效諧波電流不超過其限定值［1－3］。同時，用以防止在高壓直流輸電系統(tǒng)的整流和逆變過程中產(chǎn)生的諧波對通信系統(tǒng)造成干擾。

1 直流濾波器故障機理

直流濾波器的不平衡保護用于檢測高端電容器的故障。高端電容器承受了直流線路所有的直流電壓壓降和大部分諧波壓降，電容器故障之后容易引起雪崩效應，并且高端電容不在差動保護范圍之內(nèi)，因此對該保護提出了很高的要求。為了便于檢測故障，一般將電容器分成容量相等的兩個支路，當某一個支路中電容器有損壞時，兩支路中的諧波電流便出現(xiàn)了差異。

交流系統(tǒng)的電容器不平衡保護一般為一個不平衡電流的過電流元件，不平衡電流大于整定定值時即跳閘出口。直流線路上的諧波電壓受直流控制系統(tǒng)的工況影響，波動范圍很大，導致流過直流濾波器的諧波電流中的諧波分量隨著時間變化，在電容相同損壞情況下，不同的運行方式不平衡電流也不一樣。

直流濾波器投運時，需要對兩個分支的電容進行調(diào)整，，使其盡可能相同，但是也不能完全消除其間的差別，不可避免地出現(xiàn)不平衡電流。同時，在直流濾波器正常工作過程中，溫度、陽光等外界環(huán)境參數(shù)會改變電容的大小，導致不平衡電流的產(chǎn)生，而不平衡保護應該可以補償由于這部分原因產(chǎn)生的不平衡電流。

可能引起直流濾波器C1 電容器不平衡保護動作的情況有:

1)單只電容器內(nèi)部絕緣下降。由于制造工藝水平欠缺、設(shè)備老化、電容器漏油(電容器采用的是油絕緣)等原因?qū)е码娙萜鲀?nèi)部絕緣下降，從而使得電容器被擊穿。

2)同一橋臂的電容器出現(xiàn)外部短路現(xiàn)象(通過單只電容器的引線將其短路)。

2 電容器不平衡保護

2.1 保護目的

監(jiān)測C1 電容器的運行情況，判斷兩臂是否平衡運行，一旦出現(xiàn)有電容器故障，保護能迅速做出反應，防止因故障的電容器導致兩臂不平衡運行，引發(fā)連鎖反應損壞完好的電容器單元。

2.2 保護判據(jù)及動作后果

其中IFHS是高壓電容器C1 支路中T11和T12電流互感器測量值之和，IFHD是高壓電容器C1 支路中T11和T12電流互感器測量值之差。根據(jù)此閉環(huán)積分算法可以實時得到一個Δ，當滿足一次Δ＜－ 0.089 42 或Δ ＞0.089 42，延時100 ms 發(fā)一個上升沿，計數(shù)器加一，可間接認為一只電容器故障。正常時Δ 為0.002 597 左右。IFHS的1pu=160A。其中:IFHD為C1 電容器兩個橋臂差電流中12 次諧波分量;IFHS為C1 電容器兩個橋臂和電流12 次諧波分量?！姚?算法為:

其中Δ=Xn，Yn=Δ 的積分Ta=4 ms，Ti=15 000 ms (有復位信號時為4 ms)。若Yn－1+Xn×Ta/Ti≥1.48 或!1.48，積分器達到上下限，延時500 ms，并且51C1DF (電容器差電流過流保護)沒有動作，當IFHS＜100A 時，斷開直流濾波器高壓側(cè)刀閘;當IFHS＞100 A 時，ESOF，該保護設(shè)計了三個故障級別。

2.3 典型事故分析

某換流站SER 報警，極Ⅱ兩套極保護直流濾波器C1 電容器不平衡保護一段均動作。IFHD和IFHD/Max(IFHS，0.01pu)其中最小值－ 0.236 8＜－ 0.089 42，最大值0.194 0 ＞0.089 42。

通過現(xiàn)場檢查處理，此次不平衡告警主要由于其中一只電容器電容值超標造成，上次試驗值為67.5 μF，本次實測值為102.9 μF，電容誤差已達到了52.4%，遠遠超出規(guī)定范圍值。

直流濾波器C1 電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為11 并3 串，共有33 個電容元件，均壓電阻也為3 串結(jié)構(gòu)，每個串聯(lián)段并聯(lián)一個均壓電阻，電容器內(nèi)部采用無熔絲結(jié)構(gòu)。由于電容器內(nèi)部采用無熔絲的結(jié)構(gòu)，導致電容元件擊穿后其所在串聯(lián)段被完全短路，因此原本三串聯(lián)段結(jié)構(gòu)的電容器變?yōu)橹挥袃蓚€串聯(lián)段串聯(lián)，最終使電容器容值發(fā)生較大變化，出現(xiàn)容值偏大50%以上的異常。

進行初步分析得出:此次直流濾波器C1 電容器不平衡保護一段告警是由于單個電容元件被擊穿所致。

3 結(jié)束語

1)換流站地處高海拔地區(qū)，早晚氣溫相差很大，在運行期間設(shè)備的熱脹冷縮比較嚴重，這對電容器密封性能要求很高，雖然該電容器設(shè)計滿足規(guī)定運行溫度范圍，但設(shè)備長期在溫差大的環(huán)境下運行，熱脹冷縮外加震動，電容器套管密封處、注油孔等易出現(xiàn)滲油的情況。

2)直流濾波器C1 電容器每次故障檢修時，應該對每一只電容都進行電容值測量，將電容值超標的電容進行更換。若不及時更換，還會影響不平衡保護對故障嚴重程度的正確判斷，使其不能及時發(fā)出報警信號。測量電容時，若發(fā)現(xiàn)電容值為0，說明電容內(nèi)部出現(xiàn)了斷路情況;若發(fā)現(xiàn)電容值為無窮大，說明電容內(nèi)部出現(xiàn)了短路情況，很可能是電容內(nèi)部絕緣損壞。

3)直流濾波器C1 電容器塔采用懸吊式結(jié)構(gòu)，給運行維護及應急檢修均帶來了一定程度上的不便利。應配置足夠的常用工器具如紅外成像儀、高倍率望遠鏡，用于日常的巡視;還應編制直流濾波器故障的現(xiàn)場處置方案。必要時，還需根據(jù)實際情況制作專門針對單只電容器吊裝的吊裝工具。

4)在鳥害等極端不利因素情況下時，直流濾波器C1 電容器不平衡保護的判據(jù)有可能一直被觸發(fā)，計數(shù)器不斷累加，達到保護三段11 只電容器損壞的定值，保護動作出口，影響其運行可靠性。建議直流濾波器C1 電容器不平衡保護加裝長延時計數(shù)器清零功能，增加抗擾動能力，保證特高壓直流輸電安全穩(wěn)定運行。

［1］中國南方電網(wǎng)電力科學院.DCF performance and rating［R］.2009.

［2］浙江大學.直流輸電［M］.北京:水力電力出版社，1985.

［3］趙婉君.高壓直流輸電工程［M］.北京:中國電力出版社，2004.