換流站交流載頻噪聲濾波器原理及缺陷分析

劉味果，李輝，單周平

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

高壓直流換流站換流閥在工作中周期性通斷產(chǎn)生的噪聲源，會經(jīng)換流站的一次電氣設(shè)備及輸電線路傳播，既可按交流電網(wǎng) (途經(jīng)換流變壓器)，也可按直流輸電線路 (經(jīng)平波電抗器)的方向傳播，并對鄰近線路在電力線載波頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生高頻干擾。雖然干擾噪聲傳播具有一定的衰減，但是如果在交流與直流輸電線路出線上的載波頻段噪聲水平不能滿足規(guī)定的要求，則必須采取一定的技術(shù)抑制措施。加裝載頻噪聲濾波器 (PLC)就是為了抑制載波頻率噪聲對本站交流、直流輸電線路出線上和鄰近輸電線路上載波通信系統(tǒng)引起的干擾〔1〕。

早期ABB設(shè)計的PLC濾波器裝置內(nèi)部調(diào)諧單元的電阻元件采用密封結(jié)構(gòu)，存在散熱問題，在幾個換流站運行中紅外測溫發(fā)現(xiàn)溫度過高，有的換流站還出現(xiàn)PLC濾波器調(diào)諧單元電阻燒毀的情況。鵝城換流站PLC濾波器也屬于ABB早期產(chǎn)品，通過調(diào)查站周圍線路載波通信情況，確定鵝城換流站滿足拆除PLC濾波器條件，在年度大修期間拆除并檢查了調(diào)諧單元中的電阻，消除了潛在隱患。

1 換流站PLC濾波器原理與結(jié)構(gòu)

高壓直流輸電系統(tǒng)的換流閥在導(dǎo)通或熄弧過程中，可控硅兩端的電壓快速變化，會產(chǎn)生高頻傳導(dǎo)噪聲和無線電干擾噪聲。換流閥廳通常采用金屬接地屏蔽結(jié)構(gòu)，無線電噪聲不致對外界產(chǎn)生影響，但傳導(dǎo)噪聲主要集中在30～500 kHz，會對電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)的電力線載波 (PLC)通信信號造成干擾〔2〕。目前我國投運的直流換流站對載波噪聲標(biāo)準(zhǔn)是:在 30 kHz噪聲水平為 0，在 50 kHz為-10 dB，在100～500 kHz為 -20 dB。為防止對PLC通信的干擾，高壓直流換流站的交、直流側(cè)一般裝設(shè)PLC噪聲濾波器〔3〕。

交流側(cè)PLC噪聲濾波器由串聯(lián)于主回路中的交流PLC噪聲濾波電抗器 (圖1為鵝城換流站極Ⅰ的主接線圖，其中P1-WT-L1，P1-WT-L2為電抗器)及相應(yīng)的電容器構(gòu)成，用于阻斷換流器運行產(chǎn)生的高頻信號干擾。

圖1 換流變進(jìn)線區(qū)域接線簡圖

噪聲濾波電抗器則由主線圈 (或稱為主電感)、避雷器和調(diào)諧裝置構(gòu)成，如圖2所示。在PLC濾波器的電抗器 (見圖2中L1，L2)內(nèi)部一般都設(shè)置有串臂結(jié)構(gòu)的調(diào)諧裝置，串臂表現(xiàn)出帶阻濾波器的阻抗特性，避雷器主要保護(hù)主線圈和調(diào)諧裝置免受過電壓損害，調(diào)諧裝置與主線圈和避雷器并聯(lián)，串臂調(diào)諧裝置的作用在于改善PLC濾波器在整個高頻段的特性。

圖2 帶調(diào)諧裝置的串臂結(jié)構(gòu)

2 其它換流站PLC濾波器缺陷情況〔4〕

ABB早期生產(chǎn)的PLC濾波器調(diào)諧裝置如圖3所示，從其結(jié)構(gòu)來看，C2柱內(nèi)包含有C2，R2和L2元件。在正常運行時，電阻發(fā)熱功率比較大，且被密封在柱體內(nèi)，不利于散熱，因此C2柱在正常運行過程中溫度較高，換流站PLC濾波器故障都是由于電阻溫度過高造成的。

圖3 早期的交流PLC噪聲濾波電抗器

2011年6月27日16時，江蘇政平換流站現(xiàn)場人員進(jìn)行巡檢時發(fā)現(xiàn)極Ⅱ換流變進(jìn)線區(qū)域PLC噪聲濾波器電抗器內(nèi)部調(diào)諧裝置C2柱下部有起毛現(xiàn)象，紅外測溫檢測溫度約為190℃。

現(xiàn)場安排人員駐足觀察，18時左右C相電抗C2柱下部起毛處徹底斷裂，如圖4所示。同時對極Ⅰ、極Ⅱ換流變進(jìn)線區(qū)域其它相PLC噪聲濾波器進(jìn)行了紅外測溫特巡，發(fā)現(xiàn)PLC噪聲濾波器電抗器C2柱溫度均在120℃以上，并且都存在不同程度的外壁起毛現(xiàn)象。

圖4 PLC濾波器調(diào)諧裝置C2柱斷裂

2012年3月29日，遼寧穆家換流站極Ⅰ換流變巡檢進(jìn)行紅外測溫時發(fā)現(xiàn)，PLC濾波器的A相電抗器調(diào)諧裝置下部發(fā)熱，當(dāng)時測試最高溫度為125℃。在申請極Ⅰ直流停運檢查時，發(fā)現(xiàn)A相電抗器調(diào)諧裝置下部有很明顯燒黑現(xiàn)象，絕緣筒最下端有少量油性溢出物，如圖5所示。進(jìn)行調(diào)諧試驗，發(fā)現(xiàn)該調(diào)諧元件已損壞。

圖5 穆家換流站調(diào)諧元件過熱

針對2個換流站PLC調(diào)諧單元解體和試驗分析，認(rèn)為造成發(fā)熱的原因有2個:調(diào)諧裝置的電阻元件選型不當(dāng)，無法長時間承載高頻率諧波電流，過熱嚴(yán)重;采用發(fā)泡劑灌封嚴(yán)密，散熱條件較差，長期累積熱量致使調(diào)諧裝置電阻元件溫度過高并導(dǎo)致?lián)p壞。

3 鵝城換流站PLC濾波器情況

鵝城換流站PLC濾波器也是ABB早期產(chǎn)品，與政平站和穆家站結(jié)構(gòu)設(shè)計相同，也存在調(diào)諧單元電阻過熱隱患。查閱鵝城換流站2004年以來的紅外測溫數(shù)據(jù)庫，電抗器全年最高溫度均出現(xiàn)在高溫滿負(fù)荷的6—9月，交流PLC電抗器一般溫度為80℃左右，最高溫度記錄為93.6℃。

鵝城換流站2013年年度檢修期間，將交流PLC濾波器調(diào)諧單元拆卸進(jìn)行檢查，如圖6所示。檢查發(fā)現(xiàn)較政平站和穆家站調(diào)諧單元狀況良好，但其中有1個電阻(如圖6中左下角電阻)出現(xiàn)過熱變黑情況。

圖6 鵝城換流站PLC濾波器調(diào)諧單元

根據(jù)國網(wǎng)經(jīng)研院的新設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 253—2009《±800 kV直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計技術(shù)規(guī)程》，如果換流站出線線路側(cè)無交叉線路或距離500 m內(nèi)沒有并行的線路且無載波通信交流線路或換流站交流線路出線長度50 km內(nèi)無載波通信，認(rèn)定可以取消相應(yīng)PLC濾波器。鵝城換流站交流出線與南網(wǎng)的500 kV博羅站相連，經(jīng)調(diào)查交流出線側(cè)無載波通信交流線路，且博羅站全站都采用光纖通信無載波通信設(shè)備，因此鵝城換流站符合新的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可以取消交流側(cè)PLC濾波器。在年度大修期間，將鵝城換流站交流PLC濾波器調(diào)諧單元拆除，只保留了避雷器，徹底消除了調(diào)諧單元發(fā)熱隱患。

4 結(jié)論

1)PLC載頻噪聲濾波器的作用是抑制載波頻率噪聲對本站交流、直流輸電線路出線上和鄰近輸電線路上載波通信系統(tǒng)引起的干擾。

2)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷，PLC濾波器調(diào)諧單元采用發(fā)泡劑灌封嚴(yán)密，內(nèi)部電阻散熱條件較差，長期累積熱量致使調(diào)諧裝置電阻元件溫度過高并導(dǎo)致?lián)p壞。

3)對于存在PLC濾波器調(diào)諧單元缺陷的，可依據(jù)國網(wǎng)經(jīng)研院的新設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) (Q/GDW 253-2009)，來確定是否滿足取消交流側(cè)PLC濾波器條件。對不符合條件的應(yīng)對電阻采用改進(jìn)措施，避免發(fā)熱損壞。

〔1〕郝全睿，徐政，黎小林，等.HVDC換流站PLC濾波器設(shè)計中的噪聲源模型〔J〕.高電壓技術(shù)，2008，34(1):107-112.

〔2〕張琪祁，郝全睿，黃瑩，等.直流輸電系統(tǒng)PLC噪聲濾波器的設(shè)計〔J〕.高電壓技術(shù)，2009，35(9):2299-2305.

〔3〕劉麗芳，杜明軍.高壓直流換流站載頻噪聲濾波器〔J〕.電力建設(shè)，2007，28(1):62-64.

〔4〕國家電網(wǎng)公司.生直流〔2012〕110號 換流站 PLC裝置故障分析會紀(jì)要〔S〕.2012.