變電站保護小室直流濾波屏拆除研究

肖珺，劉珍

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變電站保護小室直流濾波屏拆除研究

肖珺，劉珍

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430000）

20世紀80年代微機保護興起。保護所用直流電源電纜經過高壓交流場受到一定程度干擾，由于缺乏繼電保護抗干擾標準，為了防止干擾經直流電源串入保護裝置，直流電源進小室前先經過直流濾波裝置濾波。因直流系統所帶負荷為全部同時停運，所以，也無法對直流濾波屏開展檢修。剛剛投運時因設備較新、設備運行狀況尚可，但是隨著投運年限增長，設備年久失修，設備每況愈下，特別是絕緣問題突出，已經嚴重影響直流系統、繼電保護乃至整個電力系統的安全、穩定運行，解決直流濾波器的設備健康問題刻不容緩。

變電站；直流濾波器；濾波屏；直流母線

1 現狀調查

直流濾波器檢修面對的困難：①直流所帶負荷是繼電保護及安全自動裝置、開關分合電壓極其重要，絕不允許失電。②兩段直流母線，每段均經過兩路直流濾波器連接，看似雙重化冗余配置。然而兩段的每路的直流濾波器均在同一屏內，空間狹小，且每段直流母線的負荷均不可同時停運。因每段的兩路直流是通過切換開關切換，在切換過程中有個失壓的過程，導致雖有2路，但是長期只有一路運行，且這一路永無切換機會。

直流濾波器存在以下問題：①陰雨天氣時因濕度過大，冬季時因地熱受潮嚴重；②空間狹小無法配備驅潮裝置；③挨著墻面無法防腐、濾波屏銹蝕嚴重；④絕緣老化；⑤直流系統的接地電阻在天氣惡劣時時常低于200 k，甚至低于20 k的事件偶有發生。

直流濾波器運行工況：直流濾波器絕緣降低，經常導致直流接地。直流接地發生在其他設備上尚可解決，但是發生在直流濾波屏上，因所帶負荷無法同時停用，不能對其檢修。因此，直流濾波器導致的接地無法處理。

直流濾波器在系統中的應用情況：直流濾波器只安裝在2000—2005年投運的變電站，之后投運的變電站均未配置直流濾波器。直流濾波器的結構如圖1所示。2000年前的變電站保護小室不在交流場，在主控樓內。2005年后投運的變電站從設計到施工均考慮電磁兼容，也未配備直流濾波屏。根據以上現狀調查情況，直流濾波器的存在給變電站的設備運行帶來了危害，本QC小組將研究直流濾波器的拆除。

2 目標設定

拆除變電站的直流濾波器，解除直流濾波屏對直流系統及電網運行的危害。

圖1 直流濾波器的結構

3 目標可行性分析

根據變電站設備情況，建立如下模型。各類干擾導線與直流電源線平行。500 kV變電站直流電纜與放電導線距離一般有10 m，平行長度取5 m；直流電纜2根直流導線距離為20 mm，導線與屏蔽層距離為20 mm，導線與接地銅牌距離為0.2 m；差模取電纜內2跟導線的距離，磁通面積取5×0.02=0.1 m2，在屏蔽層兩端接地良好的情況下取共模取磁通面積為0.1 m2。當無屏蔽層，共模取導線與接地銅排距離，磁通面積為1 m2。為了簡化計算，忽略其他電磁影響。

4 正常負荷電流影響

500 kV變電站額定電流一般為3 000 A。

差模感生電動勢、屏蔽線良好共模感生電動勢為：

無屏蔽線感生電動勢：

4.1 正常負荷時諧波影響

根據《電能質量公用電網諧波》（GB/T 14549—93）取電能質量合格要求，諧波5%，取開關電源頻率2 kHz。

差模感生電動勢、屏蔽線良好共模感生電動勢：

無屏蔽線感生電動勢：

4.2 穩態短路電流的諧波影響

故障電流取60 kA，電流波形取3次諧波，根據統計電力系統內故障電流基本小于60 kV，穩態電流以基波為主，取3次諧波時模擬最惡劣環境下的簡化計算，實際數值遠小于計算值。

磁感應強度為：

差模感生電動勢、屏蔽線良好共模感生電動勢：

無屏蔽線感生電動勢：

4.3 雷電流的影響

雷電流取中國平均值30 kA，波頭取2.6 μs，波頭電流大小78 kA。

磁感應強度：

差模感生電動勢、屏蔽線良好共模感生電動勢：

無屏蔽線感生電動勢：

均小于GB/T 14598.10中 A級4 kV，B級2 kV；均小于GB/T 17626.5中4級4 kV，3級2 kV。對于短路瞬間沖擊，波形雷電類似，實際大小均略小于雷電波，參照雷電計算。對于分合開關的沖擊電流，無論是電流大小，還是能量強度均不超過雷電流。在滿足雷沖擊的前提下必然滿足故障電流和分合開關的沖擊電流。

5 計算驗證

正常負荷情況下，某相近變電站500 kV#1保護小室用示波器捕捉直流電壓1.37 mV，直流交串直顯示AC電壓為0，實際測量值與計算值相近，切滿足波紋系數要求。因雷電及短路電流難以捕捉，改用MATLAB仿真模擬測試，測試值與計算值相近。

根據計算及仿真和實測驗證，在沒有直流濾波屏的情況下，交流場對直流電纜的干擾值均小于國標規定值，小于保護裝置抗干擾限值。沒有直流濾波屏的直流電源滿足保護裝置電磁兼容要求，保護裝置能夠耐受交流場的各類干擾。對于存在直流濾波屏的老舊變電站，可以拆除直流濾波屏；對于新投運設備，無需在各保護小室直流電源入口處安裝直流濾波屏。

6 實施拆除

拆除分為以下幾步：①直流所帶負荷停電。②直流濾波屏及直流分屏停電。③測量35 kV#1小室門口直流濾波屏8個接線端子對地電壓為0.④現場施工、試驗。解開接線，使用工具拆卸電容器地線，把放電電阻其中一個夾子夾住拆下的電容器地線，并做好絕緣；使用工具拆卸其中一個電容器母線接線，把放電電阻另一個夾子夾住拆下的電容器母線接線端并保持1 min以上，使用萬用表確認沒電壓后取下夾子，對電容器母線接線端子做絕緣處理；對不同電容器重復做以上操作，完成電容器退出運行；電容器退出運行后，對電容器柜底母線端子使用絕緣布做隔離防護；將8根進線與8根按照對應關系各自連接。

7 隔離恢復、調試

用搖表搖對地絕緣及相間絕緣（相鄰紅綠為一組）；將直流配電屏，每組正負短接，測量回路接觸電阻；直流配電室#1、#2直流主屏隔離措施解除，逐一恢復送電，逐一檢查對應關系檢查對地及相間電壓是否正常；將直流分屏I、II段恢復原先位置，并分別測量電壓正常，負荷燈正常。

［1］金芬蘭，王昊，范廣民，等.智能電網調度控制系統的變電站集中監控功能設計［J］.電力系統自動化，2015，39（01）：241-247.

2095－6835（2018）24－0080－02

TM63

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.080

〔編輯：張思楠〕