±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程交流滤波器暂态额定值计算

马春，李明，曹燕明

(1.山西省电力公司晋城供电公司，山西省晋城市 048000;2.国网北京经济技术研究院，北京市 100052)

0 引言

国家电网公司于2005年开始部署特高压直流输电工程建设，以实现全国范围内的资源优化配置和能源供给［1-6］。±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程于2008年6月获国家发改委批复，2009年正式开工建设，2012年双极建成投运。±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程将建设成为世界上输送容量最大、送电距离最远的特高压直流输电工程［7］。

换流站换流器在运行中产生大量的谐波，并吸收无功功率，一般在换流器交流母线侧安装交流滤波器和并联电容器用来补偿无功功率，并滤除换流器在交流侧产生的谐波［8-15］。交流滤波器一般由电容器、电抗器和电阻器组成，并在高压和低压侧配有相应的测量装置以进行控制和保护。通过暂态额定值的计算以确定交流滤波器内避雷器的配置，并得到各元件的绝缘水平和冲击电流数据。

本文以±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程交流滤波器元件的暂态额定值计算为例，介绍换流站交流滤波器暂态计算的过程，包括避雷器参数和配置方案的选择，滤波器各设备元件绝缘水平确定的原则，以及用于相关测量设备暂态额定值的确定方法。

1 输入条件

进行交流滤波器暂态额定值仿真计算，需要以下输入条件:

(1)输电线路两端换流站交流滤波器和并联电容器的配置和参数。

(2)每种滤波器的避雷器的数量和位置。一般，每组双调谐滤波器配置2组避雷器，每组单调谐滤波器和并联电容器配置1组避雷器，主要保护电抗器和电阻器。

(3)避雷器雷电放电和操作放电电流波形对应的特性曲线，通常根据已有避雷器产品得到。需要强调的是，避雷器的特性曲线具有分散性，一般根据最高特性和最低特性2条曲线进行计算。

(4)通过交流滤波器稳态额定值计算得到的避雷器上的稳态电压数据，包括各次谐波分量［16-18］。

为了确定交流滤波器元件的雷电冲击耐受能力(lightning impulse withstanding level，LIWL)和操作冲击耐受能力(switching impulse withstanding level，SIWL)，在雷电冲击保护水平(lightning impulse protective level，LIPL)的基础上增加了20%以上的裕度，在操作冲击保护水平(switching impulse protective level，SIPL)的基础上增加了15%以上的裕度。

连接导线、电抗器的杂散参数按照以下经验方法获得:

(1)一般连接导线长度为2～3 m，杂散电感约为0.02 mH。

(2)电抗器的等效电阻值根据电抗器品质因数计算得到，双调谐滤波器的品质因数一般采用2个谐振频率的中间值。一般，工程上要求品质因数不小于100。

2 滤波器参数及结构

±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程西起四川裕隆站，东到江苏同里站。裕隆站交流滤波器场共有BP11、BP13、HP24/36和HP3这4种滤波器，同里站只有HP24/36和HP12这2种滤波器［19-20］。两端换流站滤波器的电路结构如图1所示，参数见表1、2。

3 避雷器参数

首先根据避雷器所在位置的最大持续运行电压确定避雷器的参考电压。最大持续运行电压由交流滤波器的稳态额定值计算得到［19-20］，即直流系统运行时可能出现的最大电压有效值，以及包含的主要谐波的次数(n)和电压值。本工程避雷器最大持续运行电压如表3、4所示。

高压避雷器参考电压选取的原则是，在滤波器正常投切时产生的冲击不会造成避雷器计数器动作。换流站交流滤波器小组开关都带有选相合闸装置，投切时间误差为1 ms。为了保证设计具有充分的裕度，一般考虑滤波器小组开关在误差3.3 ms时合闸，即合闸电压为母线电压幅值的一半时，产生的冲击仍然不会使避雷器发生动作而计数。设计中采用此原则进行校核。根据经验，一般避雷器的参考电压为最大持续运行电压的1.5倍以上。

高压避雷器的雷电配合电流选择计算最大值。由于避雷器特性曲线具有分散性，最大雷电配合电流一般在采用避雷器最小特性曲线计算时得到。但选择雷电冲击保护水平时，应该将最大配合电流对应到避雷器最大特性曲线上，以找到可能出现的最高保护水平。这种计算方法偏于保守。

高压避雷器的操作配合电流［10］近似计算式为

式中:USIPL为交流母线的操作冲击保护水平。

对于裕隆站 BP11、BP13滤波器，I≈3.6 kA，设计中配合电流采用4 kA;对于裕隆站其他滤波器和并联电容器，I≈7.3 kA，设计中配合电流采用7.5 kA。对于同里站交流滤波器和并联电容器，I≈10.26 kA，设计中配合电流采用10.5 kA。

低压避雷器并联的低压电容器和电抗器上的电压主要由高次谐波组成，这些高次谐波容易在避雷器上产生较大的容性电流。此容性电流会被避雷器泄漏电流表测量到，虽然不会直接造成避雷器故障，但一旦避雷器发生受潮等问题，阻性的电流分量容易被容性电流分量所掩盖，留下隐患。因此低压避雷器

的参考电压一般选择在最大持续运行电压的3倍以上。

低压避雷器的雷电配合电流可以选择计算最大值，也可以根据交流滤波器场地最大落雷的电流值来选择。这里雷电流为计算最大值。低压避雷器的操作配合电流采用计算中出现的最大操作电流。

为了降低成本，减少换流站设备备品数量，通常情况下换流站的交流滤波器和并联电容器的高压避雷器采用相同配置。本工程中确定的交流滤波器避雷器参数见表5、6。

4 绝缘水平计算结果

滤波器各元件的绝缘水平由与其相连的避雷器的保护水平决定。高压电抗L1的雷电冲击耐受水平和操作冲击耐受水平分别为高低端避雷器的雷电保护水平和操作保护水平之和加上20%和15%的绝缘裕度。HP3滤波器电抗器的操作冲击绝缘水平是由仿真计算最大电压值加绝缘裕度得到的。

裕隆、同里两站交流滤波器各元件端子的绝缘水平见表 7、8。

5 结论

(1)根据±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程中交流滤波器的配置和参数，确定了滤波器避雷器的参考电压、配合电流、残压和能量吸收能力等重要参数。

(2)根据滤波器避雷器的保护水平，确定了交流滤波器中电容器、电抗器和电阻器的绝缘水平。

(3)本文提供的研究数据作为±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程中交流滤波器设备的重要参数，为工程的可靠性提供了有力保障。

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