關于特高壓換流站直流濾波電容器故障分析研究

楊建國

摘要：隨著國民經濟穩定持續增長，電力需求明顯日益提高，電力行業獲得快速良好的發展。此種背景形勢下，要求輸電工程務必確保穩定可靠的輸定能力與效率，完成經濟高效、安全穩定的超大容量超遠距離輸電。基于此，本文對特高壓換流站直流濾波電容器故障進行淺要分析探討，以此為相關人員提供幫助與參考。

關鍵詞：特高壓換流站;直流濾波電容器;故障

前言：特高壓換流站系統中，因為換流器具備非線性的明顯特征，在交流與直流系統中能夠形成諧波電壓與電流，對系統與用戶群體產生危害。為避免產生諧波，需設置濾波裝置。當前，換流站普遍使用直流濾波電容器作為濾波裝置，濾波器使特高壓換流站輸電系統十分關鍵的設備，若產生故障問題則對交流系統無功功率以及高壓直流電量輸送具有十分重要的影響，基于此，深入分析研究直流濾波器故障問題顯得至關重要。

一、解剖前電容器單元實驗

以某±800kV換流站為例，自投入運行以來，直流濾波器不斷產生單臺C1電容器故障問題，致使直流濾波器頻繁產生不平衡告警現象，引起系統被迫出現停運，對特高壓輸電系統可靠運行產生十分不利的嚴重影響，同時對系統可靠運行同樣造成嚴重的隱患問題。為對電容器故障情況采取有效處理解決，確保輸電通道安全舒暢，需對直流濾波器C1電容器故障問題的主要原因作出深入分析研究。由于國內外還沒有有關特高壓直流濾波器電容器故障問題主要原題的分析研究文獻，因此對事故問題的機理以及原因采取分析研究，并基于此發現電容器故障問題的實際原因，對電容器可靠運行十分關鍵。

本試驗直流濾波器電容試品共計四臺，兩臺屬于故障電容器，兩臺屬于正常運行電容器。對電容器采取凈置處理，3d之后對外觀以及低電壓情況下電器參數做出測量;之后繼續采取靜置處理，5d之后對油樣抽取與色譜試驗、交流測試電容以及直流耐受試驗;3d之后對電容器采取解剖分析;分析完成1d之后對電容器元件采取擊穿試驗以及熱態下性能分析研究[1]。

解剖之前采取試驗，涵蓋外觀與電性能測試，試驗之前對絕緣油所含氣體測試與直流耐受電壓試驗。

為避免試驗造成試品損壞，外觀與性能測試階段通過低電壓測量，測量數據涵蓋電容量以及電阻等，測量結果如下：

二、運行中擊穿電容器解剖情況

（一）電容器D解剖分析

電容器心子平整，質量合格，經過解剖處理得知電阻器同A存在區別，電阻器選取柱式膜電阻在絕緣板位置進行焊接，此種結果電阻已經不再使用。D與A電阻器，兩者放電電阻結構以及放電位置均存在差異，對于批量生產制造的電容器而言，該種現象屬于不正常情況，因為電阻器結構各不相同對心子實際安裝的尺寸以及工藝產生一定影響，因此，也反映出產品設計生產制造存在未徹底定性的問題[2]。

同電容器A元件存在的明顯區別，電容器D元件放電電阻，主要是通過金屬膜電阻心子對地絕緣，通過多層絕緣紙采取單獨包裝，放電器件通過16個金屬膜電阻共同構成，單個阻值為 ，采用2并8串的方式，3個串段阻值依次為404、408、407kΩ。

電容器心子元件外部位置沒有發現明顯擊穿點，對元件電容量采取全部仔細檢測，測量階段得知第1串段上部位置以及第6個元件電容量無限大，分析得知元件發生擊穿短路。對出現擊穿現象第6個元件采取解剖分析，解剖方式為從外到內的逐層剝離，查找擊穿元件階段，擊穿點位于元件內部，擊穿點與燒灼情況內部較小，外部最大。

運行階段發生擊穿現象電容器，擊穿元件位置處于上部下數第6個部分，擊穿點位于大面位置。擊穿點所處位置位于電場分布最優區域，因此引起該種故障的關鍵因素主要包括：第一，絕緣膜弱點存在重合情況;第二，真空干燥工藝水平不足;第三，注油工藝水平不足;第四，凈化工藝存在不足。基于分類而言，第一點屬于膜特有問題，通常情況下避免此類故障問題主要是對元件采取打耐壓進行仔細篩選，將其采取淘汰處理;后三點原因，無法在生產過程中有效發現，并借助試驗進行有效篩選，通常位于運行階段依次出現，根據后續試驗能夠明確，其主要是由于干燥與注油工藝明顯不足引起[3]。

（二）電容器D元件直流電壓擊穿試驗

電容器單元額定電壓為9.63kV，內部電氣連接采用3串11并的方式，元件額定電壓為9.63/3=3.21kV，元件耐受電壓試驗結果如下表2。

通過上表得知，位于端部與外層位置出現擊穿現象，對電容器造成嚴重破壞。為對電容器故障形成原因做出深入分析研究。采取各不相同溫度環境下電容器元件擊穿試驗。解剖之后在常溫以及各不相同溫度環境下采取元件耐壓試驗，基于試驗記過分析，擊穿電壓明顯處好過額定電壓。基于元件高溫環境下耐壓試驗結果分析，元件耐受相對較短情況下，電壓能力相對良好。溫度與擊穿電壓成反比例關系，溫度未超過70℃情況下，擊穿電壓減少較少，溫度超過80℃情況時，擊穿電壓減少較多，證明對電容器運行溫度進行有效控制，對電容器安全穩定運行非常關鍵[4]。

（三）不同溫度環境絕緣膜電壓擊穿試驗

針對存在故障問題的電容器D采取絕緣膜電壓擊穿試驗，絕緣膜通過重量法作出厚度測量，厚度分別為 。試驗階段，將兩層薄膜置于兩電極之間，針對電極與試驗所需的薄膜，將其放置到存在油樣的容器內，并用烘箱加熱，當達到試驗溫度條件時，緩慢勻速的通入電壓，試驗依次處于直流以及交流電壓環境下。基于試驗結果分析，溫度較高情況下，擊穿電壓相對較低，溫度未超過70℃情況下，薄膜擊穿電壓減少速度明顯。溫度超過80℃情況時，直流以及交流擊穿電壓均出現明顯的減少趨勢。

結論：綜上所述，基于電容器解剖記過與試驗結果可知，電容器故障率較大的因素主要為生產工藝與注油工藝無法確保穩定導致運行中電容器出現不穩定情況;此外，電阻相對較為集中，致使產生大量熱量，電阻器表面位置存在的絕緣介質過熱，致使電容器運行階段出現絕緣劣化現象，極易出現擊穿故障。因此，電容器生產制造應重視生產工藝與注油工藝問題，確保電容器穩定運行。

參考文獻：

[1]丁廈，石丹丹，楊韋國.直流濾波器保護配置及典型故障分析[J].山東電力技術，2017，38（02）：62-65.

[2]莫品豪，鄭超，程驍.高壓直流輸電系統直流濾波器接地故障機理分析[J].電力系統自動化，2018，42（20）：177-182.

[3]田興旺，郝江濤.天生橋換流站直流濾波電容器故障原因分析及改進建議[J].電力電容器與無功補償，2015，46（06）：62-65.

[4]左干清，葉建鑄，石延輝.特高壓換流站直流濾波電容器故障分析研究[J].電力電容器與無功補償，2016，34（06）123-125.