刘味果,李辉,单周平
(国网湖南省电力公司电力科学研究院,湖南长沙410007)
高压直流换流站换流阀在工作中周期性通断产生的噪声源,会经换流站的一次电气设备及输电线路传播,既可按交流电网 (途经换流变压器),也可按直流输电线路 (经平波电抗器)的方向传播,并对邻近线路在电力线载波频率范围内产生高频干扰。虽然干扰噪声传播具有一定的衰减,但是如果在交流与直流输电线路出线上的载波频段噪声水平不能满足规定的要求,则必须采取一定的技术抑制措施。加装载频噪声滤波器 (PLC)就是为了抑制载波频率噪声对本站交流、直流输电线路出线上和邻近输电线路上载波通信系统引起的干扰〔1〕。
早期ABB设计的PLC滤波器装置内部调谐单元的电阻元件采用密封结构,存在散热问题,在几个换流站运行中红外测温发现温度过高,有的换流站还出现PLC滤波器调谐单元电阻烧毁的情况。鹅城换流站PLC滤波器也属于ABB早期产品,通过调查站周围线路载波通信情况,确定鹅城换流站满足拆除PLC滤波器条件,在年度大修期间拆除并检查了调谐单元中的电阻,消除了潜在隐患。
高压直流输电系统的换流阀在导通或熄弧过程中,可控硅两端的电压快速变化,会产生高频传导噪声和无线电干扰噪声。换流阀厅通常采用金属接地屏蔽结构,无线电噪声不致对外界产生影响,但传导噪声主要集中在30~500 kHz,会对电力系统中传统的电力线载波 (PLC)通信信号造成干扰〔2〕。目前我国投运的直流换流站对载波噪声标准是:在 30 kHz噪声水平为 0,在 50 kHz为-10 dB,在100~500 kHz为 -20 dB。为防止对PLC通信的干扰,高压直流换流站的交、直流侧一般装设PLC噪声滤波器〔3〕。
交流侧PLC噪声滤波器由串联于主回路中的交流PLC噪声滤波电抗器 (图1为鹅城换流站极Ⅰ的主接线图,其中P1-WT-L1,P1-WT-L2为电抗器)及相应的电容器构成,用于阻断换流器运行产生的高频信号干扰。
图1 换流变进线区域接线简图
噪声滤波电抗器则由主线圈 (或称为主电感)、避雷器和调谐装置构成,如图2所示。在PLC滤波器的电抗器 (见图2中L1,L2)内部一般都设置有串臂结构的调谐装置,串臂表现出带阻滤波器的阻抗特性,避雷器主要保护主线圈和调谐装置免受过电压损害,调谐装置与主线圈和避雷器并联,串臂调谐装置的作用在于改善PLC滤波器在整个高频段的特性。
图2 带调谐装置的串臂结构
ABB早期生产的PLC滤波器调谐装置如图3所示,从其结构来看,C2柱内包含有C2,R2和L2元件。在正常运行时,电阻发热功率比较大,且被密封在柱体内,不利于散热,因此C2柱在正常运行过程中温度较高,换流站PLC滤波器故障都是由于电阻温度过高造成的。
图3 早期的交流PLC噪声滤波电抗器
2011年6月27日16时,江苏政平换流站现场人员进行巡检时发现极Ⅱ换流变进线区域PLC噪声滤波器电抗器内部调谐装置C2柱下部有起毛现象,红外测温检测温度约为190℃。
现场安排人员驻足观察,18时左右C相电抗C2柱下部起毛处彻底断裂,如图4所示。同时对极Ⅰ、极Ⅱ换流变进线区域其它相PLC噪声滤波器进行了红外测温特巡,发现PLC噪声滤波器电抗器C2柱温度均在120℃以上,并且都存在不同程度的外壁起毛现象。
图4 PLC滤波器调谐装置C2柱断裂
2012年3月29日,辽宁穆家换流站极Ⅰ换流变巡检进行红外测温时发现,PLC滤波器的A相电抗器调谐装置下部发热,当时测试最高温度为125℃。在申请极Ⅰ直流停运检查时,发现A相电抗器调谐装置下部有很明显烧黑现象,绝缘筒最下端有少量油性溢出物,如图5所示。进行调谐试验,发现该调谐元件已损坏。
图5 穆家换流站调谐元件过热
针对2个换流站PLC调谐单元解体和试验分析,认为造成发热的原因有2个:调谐装置的电阻元件选型不当,无法长时间承载高频率谐波电流,过热严重;采用发泡剂灌封严密,散热条件较差,长期累积热量致使调谐装置电阻元件温度过高并导致损坏。
鹅城换流站PLC滤波器也是ABB早期产品,与政平站和穆家站结构设计相同,也存在调谐单元电阻过热隐患。查阅鹅城换流站2004年以来的红外测温数据库,电抗器全年最高温度均出现在高温满负荷的6—9月,交流PLC电抗器一般温度为80℃左右,最高温度记录为93.6℃。
鹅城换流站2013年年度检修期间,将交流PLC滤波器调谐单元拆卸进行检查,如图6所示。检查发现较政平站和穆家站调谐单元状况良好,但其中有1个电阻(如图6中左下角电阻)出现过热变黑情况。
图6 鹅城换流站PLC滤波器调谐单元
根据国网经研院的新设计标准Q/GDW 253—2009《±800 kV直流输电系统成套设计技术规程》,如果换流站出线线路侧无交叉线路或距离500 m内没有并行的线路且无载波通信交流线路或换流站交流线路出线长度50 km内无载波通信,认定可以取消相应PLC滤波器。鹅城换流站交流出线与南网的500 kV博罗站相连,经调查交流出线侧无载波通信交流线路,且博罗站全站都采用光纤通信无载波通信设备,因此鹅城换流站符合新的设计标准,可以取消交流侧PLC滤波器。在年度大修期间,将鹅城换流站交流PLC滤波器调谐单元拆除,只保留了避雷器,彻底消除了调谐单元发热隐患。
1)PLC载频噪声滤波器的作用是抑制载波频率噪声对本站交流、直流输电线路出线上和邻近输电线路上载波通信系统引起的干扰。
2)由于结构设计上的缺陷,PLC滤波器调谐单元采用发泡剂灌封严密,内部电阻散热条件较差,长期累积热量致使调谐装置电阻元件温度过高并导致损坏。
3)对于存在PLC滤波器调谐单元缺陷的,可依据国网经研院的新设计标准 (Q/GDW 253-2009),来确定是否满足取消交流侧PLC滤波器条件。对不符合条件的应对电阻采用改进措施,避免发热损坏。
〔1〕郝全睿,徐政,黎小林,等.HVDC换流站PLC滤波器设计中的噪声源模型〔J〕.高电压技术,2008,34(1):107-112.
〔2〕张琪祁,郝全睿,黄莹,等.直流输电系统PLC噪声滤波器的设计〔J〕.高电压技术,2009,35(9):2299-2305.
〔3〕刘丽芳,杜明军.高压直流换流站载频噪声滤波器〔J〕.电力建设,2007,28(1):62-64.
〔4〕国家电网公司.生直流〔2012〕110号 换流站 PLC装置故障分析会纪要〔S〕.2012.