關于750 kV交流濾波器場不平衡電流測試的討論

李科云，柴毅

關于750 kV交流濾波器場不平衡電流測試的討論

李科云，柴毅

（國網寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011）

介紹了靈州換流站750 kV交流濾波器場配置情況，提高高壓電容器設備健康水平對濾波器正常運行具有重要意義，一般以H型接線連接，簡化電容塔H型電橋電路圖，對其不平衡電流理論計算簡單推導，利用不同工頻電壓作用下穩態不平衡電流的線性關系，現場可采用低壓進行不平衡電流及不平衡度測試。通過多次試驗，測試人員得出幾點注意事項，既可保證試驗準確度，又可提高檢修效率，并確定最佳測試頻率為300～500 Hz。電容塔不平衡電流測試滿足要求，對設備安全穩定運行提供保障。

濾波器；電容塔；H型電橋；不平衡電流

1 引言

特高壓直流輸電[1]（UHVDC）指±800 kV及以上電壓等級的直流輸電及相關技術。在中國特高壓電網建設中，將以1 000 kV交流特高壓輸電為主，形成特高壓電網骨干網架，實現各大區電網的同步互聯；±800 kV特高壓直流輸電則主要用于遠距離、中間無落點、無電壓支撐的大功率輸電工程。在直流輸電系統中，濾除直流控制系統產生的諧波以避免對交流輸電系統帶來不良影響，同時補償直流控制系統消耗的無功功率，在直流系統運行過程中必須投入一定數量的交流濾波器和并聯電容器。

交流濾波器中最重要組成部分是高端的電容器，它承受了大部分的母線電壓，容易在電容器損壞后發生雪崩，造成爆炸。為了有效保護這些電容器，現場一般把電容器分成4組大小相同的部分，用H型接線連接起來。此外，根據多年運行經驗，因電容器不平衡電流保護動作跳閘占比約90%以上，其他設備（電抗器、電阻器、避雷器）在運行過程中總跳閘次數占比較低，若投入交流濾波器組容量低于直流運行規程要求容量，將會導致直流輸電被迫降低功率，嚴重時會造成直流閉鎖。

本文將以靈州換流站為例，介紹H橋電容塔不平衡電流產生來源，不平衡保護動作原理，如何有效開展750 kV交流濾波器電容塔不平衡電流測試，高壓電容塔測試過程中的幾點注意事項，如何降低高電壓、強電場對測試結果的影響，以保證電容設備投運后可靠運行，同時也對不平衡測試領域提出了幾點展望。

2 靈州換流站交流濾波器配置

800 kV靈州換流站采用12脈動換流器，其750 kV交流側將主要產生（12 k±1）次特征諧波，交流濾波器通過電容器、電抗器、電阻器的不同組合將會使某次特征諧波流入大地，從而將諧波電流脫離系統，實現濾除諧波的效果，同時，可向系統提供一定容量的無功功率[2]。靈州換流站750 kV交流濾波器組配置4個大組，共16個小組，其中包括4組BP11/BP13濾波器、4組HP24/36濾波器、3組HP3濾波器和5組SC并聯電容器，每組容量均為295 MVar。

750 kV交流濾波器（BP11/BP13）為單諧調濾波器，主要由高壓電容塔、電阻器、避雷器、電抗器等元器件組成，為系統提供無功和濾除11、13次諧波，原理如圖1所示。電容器組（BP11/13）均由184個電容器采用2并92串的方式進行連接，電容塔（BP11）額定電容為0.79 μF，電容塔（BP13）額定電容為0.82 μF。

圖1 濾波器（BP11/BP13）原理圖

單個電容器為內熔絲結構，并設有放電電阻，內部以18并3串的方式連接而成，如圖2所示。

3 電容塔不平衡電流測量

3.1 不平電流測試方法原理

電容塔不平衡電流測試原理如圖3表示，其中c為外施電壓in下儀器輸出電流，即電容塔在測試電壓m下的穿越電流；bph為電容橋流經A-B線路的電流值，即不平衡電流值；1、2、3、4為電容塔各橋臂等效電容量。

圖2 單個電容器內部結構圖

圖3 電容塔不平衡電流測試原理圖

通過施加電壓in，將A、B連線斷開接入儀器中，利用高精度測試元件得到不平衡電流值bph。

不平衡度表示H型橋電容不平衡度的指標，值越大，則不平衡度越大，如果橋臂上的電容值相等，則=0。不平衡度計算公式如下：

由圖3可得[2]：

3.2 不平衡電流整定值

靈州換流站ACF1濾波器組電容塔（BP11/BP13）整定值如表1所示。

表1 電容塔（BP11/BP13）整定值

項目整定值項目整定值 過電流Ⅰ段定值/A267過電流Ⅰ段時間/s10 過電流Ⅱ段定值/A334過電流Ⅱ段時間/s0.3 過電流Ⅲ段定值/A1 500過電流Ⅲ段時間/s0.02 電容塔C1不平衡Ⅰ段比例系數0.000 52電容塔C1不平衡Ⅰ段時間/s10 電容塔C1不平衡Ⅱ段比例系數0.001 15電容塔C1不平衡Ⅱ段時間/min120 電容塔C1不平衡Ⅲ段比例系數0.001 81電容塔C1不平衡Ⅲ段時間/s0.02

由表1可知，Ⅰ段不平衡電流整定值為138.84 mA， Ⅱ段不平衡電流整定值為384.1 mA，Ⅲ段電流整定值為 2.715 A。

3.3 動作條件

此文僅分析濾波器在穩態下保護動作情況，動作方程如下所示：

ub＞ubqd（1）

（2）

式（1）（2）中：ub為交流濾波器的不平衡電流；ubqd為不平衡電流啟動整定值；tro為交流濾波器的穿越電流；ubzd為不平衡系數保護定值。

當任一項滿足條件時，穩態不平衡元件動作，經過設定延時后，發出報警信號或跳閘指令。

3.4 現場測試

靈州換流站750 kV交流濾波器場多次因鳥害事件發生跳閘情況，后期開展電容塔增高改造。為了防止跳閘過程中電容器受到沖擊而被損壞、增高改造過程中作業人員損壞電容器、吊裝造成機械損傷，需要對電容塔進行H型橋臂電容量測試和不平衡電流測試，以保證電容器滿足投運條件。

現場采用的試驗設備為PF3000電力濾波器特性測試儀，根據儀器使用指南需使用1 000 Hz電壓開展電容塔測試，在使用過程中發現，受周圍電場的干擾，如果使用1 000 Hz電壓測試，測試結果會有很大誤差。經過現場多次測試發現，頻率在300～500 Hz時，試驗數據干擾最小。

通過與儀器研發人員溝通交流，建議將儀器在出廠時按300 Hz以下進行校準，該儀器可輸出最大電壓60 V，最大電流5 A，不平衡電流測量誤差為10 μA～10 mA，電流測量精度小于0.5%。根據不同工頻電壓下不平衡電流的線性關系，可將不平衡電流測試值在顯示模式下換算至額定電壓下進行比較，公式如下：

3.5 試驗數據分析

以靈州換流站某組BP13電容塔為例，單個電容器電容量為（37.5±0.5） μF，單相電容塔各橋臂電容量為0.821 μF、0.821 μF、0.821 μF、0.821 μF，不平衡電流測試結果如表2所示。

國內在不平衡電流測試領域未給出明確規程，根據現場試驗經驗，一般以低于報警整定值1/2或1/3為限，多數人員與歷史測試值作對比，無明顯變化為合格，當變化較大時，需對電容塔單只電容器進行測量，電容量變化量超出制造商規定（±1.8%），需予以更換，更換后需重新測量。

表2 電容塔（BP13）測試結果

項目試驗值項目試驗值 A相不平衡電流/μA8.2 A相不平衡度/（%）0.002 1 B相不平衡電流/μA7.6B相不平衡度/（%）0.002 6 C相不平衡電流/μA10.0C相不平衡度/（%）0.004 0

在測試過程中，假設其中一個電容器完全擊穿，測試人員將其中一個電容器短接，測得電容塔不平衡電流為 214 μA，不平衡度達到0.3%，已超過不平衡報警值，遠大與歷史值，因此不平衡電流測試可靈敏反應電容器設備的運行工況，避免設備投運后不滿足不平衡保護要求。

4 測試過程中的幾點建議

4.1 是否拆線

電容塔不平衡電流測試時，必須斷開與電抗器連接的引線，否則會使測試數據不準確，測試數值跳躍嚴重，甚至會發生跳躍量為50 μA的情況，無法記錄準確數值，且測試值不具備對比條件。斷開與電抗器所連接的引線時，需做好防止靜電感應措施。

由于設備處于高電壓、強電場環境中，即使設備通過電抗器充分放電并接地，但是當斷開引線瞬間，會迅速形成感應電荷，需做好相應接地措施，保證人員安全。

4.2 是否拉開地刀

靈州換流站在設備首檢測試不平衡電流時，測試人員均申請拉開電容塔高壓側接地刀閘，斷開電容塔尾部接線，由于需要向國調申請拉開地刀的指令，會造成現場試驗條件具備而等待地刀拉開的情況，使檢修工作不能高效開展。測試人員通過多次測試對比、反復驗證后，得出以下結論：即使不拉開電容塔高壓側接地刀閘，仍可以準確測得不平衡電流數值，只需斷開與電抗器連接側引線即可，一般此處位置較低，便于人員拆卸。另外，當拉開接地刀閘后進行試驗時，出現了一次測試儀器損壞的事件，通過現場分析，發現此時高壓側感應電壓達到幾千伏，正是此感應電壓使儀器損壞不能工作。所以，不拉開電容塔高壓側接地刀閘，可使檢修工作高效開展，保證測試數據準確性，保護測試儀器不受破壞。

4.3 選擇測試頻率

根據多個測試現場的經驗，發現當輸出頻率在300～500 Hz時，得到的試驗數據較為準確，且在此頻率范圍內，儀器的抗干擾能力最強，推薦儀器制造商出廠時采用300 Hz校準設備。通過現場不斷試驗、反饋，不斷提高測試準確度，并且可推動不平衡電流測試領域的發展。

4.4 減少干擾源

在750 kV交流濾波器場測試不平衡電流時，測試B相電容塔橋臂電容、不平衡電流數據均正常，但是在A、C相測試不平衡電流時，數據變化較大，尤其旁邊濾波器小組間隔帶電運行，受到干擾較為嚴重。換流站交流濾波器場一般配置較為充分，可申請將旁邊干擾源濾波器小組退出運行，投入其他較遠同類型濾波器小組，以保證測試的準確性。

4.5 改進儀器

不平衡測試領域的儀器應增加保護電路，防止感應高電壓進入測試回路損壞儀器，提高儀器可靠性和使用壽命；根據試驗接線，增加異常橋臂選擇功能，當發現不平衡電流較大或橋臂電容異常時，通常做法是測試電容塔逐個電容器電容量，從而發現異常電容器，通過增加異常橋臂選擇功能，可將后續檢查范圍縮小1/4，提高現場檢修效率；完善不平衡測試領域規程規定，以一個換流站為基礎，通過數據的積累，逐步達到規程的制定標準，后期儀器可增加統計及分析功能，設定相應參數后，可以實現對每次測試結果的判斷。

5 小結

靈州換流站經過現場多次試驗驗證，確定了不平衡電流測試能夠靈敏反應電容塔的設備情況。如發生不平衡電流突變，則需考慮電容器單元是否存在承受過電壓后損壞情況，但本項測試方法屬于低壓測試，易受到周圍750 kV高電壓、強電場的影響，以300～500 Hz輸出電壓開展測試，最接近實際值，并推薦儀器制造商以300 Hz頻率校驗儀器，以提高現場測試精度；為提高檢修效率，必須斷開電容塔，靠近電抗器側連接引線，無需申請拉開電容塔高壓側接地刀閘，既不影響測試結果，儀器也免受感應電損壞；若條件允許，可采用減少干擾源的方法，即停運最近干擾濾波器間隔，待測試完成后，再恢復原有運行方式。此外，不平衡電流領域的規程仍需補充完善，利用多次調試及測試結果，通過統計與分析，逐步建立不平衡電流。

［1］袁清云.特高壓直流輸電技術現狀及在我國的應用前景［J］.電網技術，2005（14）：1-3.

［2］趙畹君.高壓直流輸電技術［M］.北京：中國電力出版社，2004.

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.016

2095－6835（2020）02－0054－03

李科云（1992—），男，寧夏銀川人，大學本科，中級工，研究方向為高電壓技術。

〔編輯：嚴麗琴〕