±800 kV 特高壓換流站直流濾波器電容器不平衡研究

劉艇，梅琦龍

(中國南方電網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備，以濾去換流變產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的整流和逆變過程中產生的諧波對通信系統造成干擾。

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，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了差異。

交流系統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、陽光等外界環境參數會改變電容的大小，導致不平衡電流的產生，而不平衡保護應該可以補償由于這部分原因產生的不平衡電流。

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)單只電容器內部絕緣下降。由于制造工藝水平欠缺、設備老化、電容器漏油(電容器采用的是油絕緣)等原因導致電容器內部絕緣下降，從而使得電容器被擊穿。

2)同一橋臂的電容器出現外部短路現象(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

監測C1 電容器的運行情況，判斷兩臂是否平衡運行，一旦出現有電容器故障，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，引發連鎖反應損壞完好的電容器單元。

2.2 保護判據及動作后果

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。根據此閉環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 發一個上升沿，計數器加一，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。∫Δ 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刀閘;當IFHS＞100 A 時，ESOF，該保護設計了三個故障級別。

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%，遠遠超出規定范圍值。

直流濾波器C1 電容器內部結構為11 并3 串，共有33 個電容元件，均壓電阻也為3 串結構，每個串聯段并聯一個均壓電阻，電容器內部采用無熔絲結構。由于電容器內部采用無熔絲的結構，導致電容元件擊穿后其所在串聯段被完全短路，因此原本三串聯段結構的電容器變為只有兩個串聯段串聯，最終使電容器容值發生較大變化，出現容值偏大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 結束語

1)換流站地處高海拔地區，早晚氣溫相差很大，在運行期間設備的熱脹冷縮比較嚴重，這對電容器密封性能要求很高，雖然該電容器設計滿足規定運行溫度范圍，但設備長期在溫差大的環境下運行，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，使其不能及時發出報警信號。測量電容時，若發現電容值為0，說明電容內部出現了斷路情況;若發現電容值為無窮大，說明電容內部出現了短路情況，很可能是電容內部絕緣損壞。

3)直流濾波器C1 電容器塔采用懸吊式結構，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場處置方案。必要時，還需根據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有可能一直被觸發，計數器不斷累加，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器清零功能，增加抗擾動能力，保證特高壓直流輸電安全穩定運行。

［1］中國南方電網電力科學院.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.