±800 kV直流输电交流滤波器过流保护

周源，陈国峰，高晖

(中国南方电网超高压输电公司，昆明 650217)

1 前言

特高压直流输电系统输电容量大，换流装置多，在换流时产生大量的谐波。谐波会引起电气应力的增加、发热、控制保护的误动作、干扰通信系统等危害，必须予以抑制。通常采用装设交流滤波器的方法来消除交流侧的谐波，交流滤波器还可以起到调控电压和无功的作用。某±800 kV换流站输送容量达5000 MW，输送距离1373 km，采用双十二脉动阀组串联的接线方式，但是孤岛运行方式下单极闭锁会导致A、B型滤波器过流保护异常动作，须深入分析研究，采取措施避免该保护误动作。

2 系统配置

2.1 交流滤波器的配置

±800 kV换流站的换流器的脉动数为十二，交流侧产生的谐波次数为12k±1(k为正整数)，且特征谐波次数越高，其有效值越小。为此装设了4个大组交流滤波器，共17小组，每个小组均提供额定无功187 Mvar，总共可提供的无功功率为3179 Mvar，有四种类型:A:DT(11/24)、B:DT(13/36)、C:HP3、D:Shunt C。接线如图1所示。

图1 换流站交流滤波器配置图

2.2 交流滤波器过流保护

交流滤波器过流保护主要保护滤波器组或并联电容器组，防止过电流的损坏，固定采用滤波器高压端电流。其电流定值可整定为交流滤波器做大可能通过电流的均方根的1.2倍，延时应该考虑滤波器的热稳定因素，同时需要考虑躲开交流线路故障及恢复的最长时间。对于楚穗直流和普侨直流，还应考虑孤岛运行方式下单极闭锁时短时过压及频率升高的情况下不会误动。该保护在滤波器首端电流互感器的采样电流达到保护动作定值的0.95倍时启动，开放保护正电源，达到保护定值后，经动作延时出口，跳开相应小组滤波器。

2.3 直流孤岛运行方式

楚穗直流正常运行有联网和孤岛两种运行方式。以下三种情况下将采用孤岛运行方式:一是当汛末云南面临全面弃水或小湾水库接近蓄满后，小湾电厂出力不再受流域优化限制时;二是当云南外送电力需求超过9600 MW时;三是当楚穗直流联网运行，云南总外送功率大于8400 MW时 (直流输送功率大于3800 MW，500 kV交流断面按最大能力4050 MW满送、另外鲁布革电厂通过220 kV外送550 MW)，双极闭锁大功率潮流转移将导致主网功角失稳时。由此可见，孤岛运行对增大云南外送电量及增强主网稳定性方面有较大优势，但是孤岛运行方式下单极闭锁时产生的瞬时过电压 (交流场线电压最高达到640 kV左右)及高频率 (达到55 Hz左右)，对设备形成严峻考验，极易造成设备损坏，甚至发生单极闭锁演变成双极闭锁的严重事故。

3 实例分析

楚穗直流孤岛调试进行极I单极保护出口闭锁试验过程中，试验人员人工设置27DC直流低电压保护使极I闭锁，极I闭锁后3.2 s，直流功率由闭锁前约4905 MW快速降到3500 MW(极II三秒过负荷1.4 pu)，因直流功率大幅降低，换流器消耗无功功率相应大幅减少，导致楚雄换流站交流电压快速升高至612 kV左右，直流站控过电压限制控制逻辑启动切交流滤波器小组 (交流母线电压大于588 kV后延时1秒启动，约160 ms切除一组ACF小组)，共切除4小组D型交流滤波器，楚雄站交流电压在极I闭锁后约1.72 s被控制在580 kV左右。

极I闭锁后3.2 s，极2经过3 s的1.4倍过负荷后，极II输送功率降为1.1倍过负荷，因有功功率再次大幅降低导致阀组消耗无功再次大幅减少，导致楚雄站500 kV交流母线电压由582 kV左右快速升高至605 kV以上，从现场录波TFR可见，此时直流站控过电压限制控制逻辑再次启动发出切交流滤波器小组命令，但因PSD故障而使交流滤波器小组未能切除，极II三秒过负荷结束后约2 s，楚雄站运行中的全部8小组A、B型交流滤波器因过流保护动作跳闸，从而使直流运行不满足最小交流滤波器要求 (无A、B型滤波器)，导致极II因FASOFF动作最终闭锁。从故障录波波形上看，500 kV 563、564、571、572、581、582、594、595小组滤波器首端CT电流在故障时间内三相交替或同时大于保护定值272 A(二次值0.68 A)，且持续时间均达到动作时间2 s，满足动作逻辑，保护动作正确。595小组滤波器保护的录波如图2所示，其余小组滤波器的录波与此类似。

图2 595小组滤波器保护录波图

图中可看出，单极闭锁后，交流场母线电压最高达到640.2 kV，频率最高达到55.2 Hz，交流滤波器首端电流上升到292 A(二次值为0.73 A)左右。

从此次保护动作行为上看，虽然另一极闭锁原因是由于PSD装置故障未发小组滤波器切除指令而导致A、B小组滤波器过流，但是单极闭锁后电压和频率均会升高，对交流滤波器的影响必须加以考虑，即原来的定值0.68 A/2 s(A、B型)需要作出调整，以适应之后的孤岛运行方式。

4 过流保护整定原理

4.1 稳态额定值计算原理

稳态额定值计算的原理如图3所示。

图3 交流滤波器定值计算原理图

图3中为等效的系统谐波源，为等效的换流器谐波源，、分别是等效的系统阻抗和滤波器阻抗。定值计算首先要考虑换流器谐波。断开K1，闭合K2、K3，计算系统阻抗与滤波器阻抗发生并联谐振时，换流器谐波在滤波器元件上引起的应力。断开K2，闭合K1、K3，计算系统阻抗与滤波器阻抗发生串联谐振时，系统谐波在滤波器元件上引起的应力。根据上述两种谐波源影响下滤波器元件上所受到的应力，来确定滤波器元件定值参数。

4.2 稳态额定值计算

在性能计算得到满足要求的交流滤波器配置和确定投切策略之后，进行稳态额定值计算，最终决定交流滤波器稳态额定值结果。性能计算和稳态额定值计算的流程图如图4所示。在稳态额定值计算之后，计算交流滤波器暂态额定值，以确定交流滤波器元件的最终定值。

按照上述方法，计算出的A型交流滤波器的电容器电压电流值如表1。

图4 性能计算和稳态额定值计算流程图

直流交流滤波器接线方式及参数如图5。

图5 ±800 kV楚雄换流站交流滤波器接线及参数

表1 换流站A型电容稳态额定值计算结果 (均方根)

根据上述参数，在PSCAD软件上进行仿真分析，正常运行时交流滤波器首端电流均在200 A(变比400/1，二次值为0.5 A)左右.孤岛运行方式下单极闭锁的情况，A、B型交流滤波器的首端电流都能在4 s内下降到272 A(二次值0.68 A)以下，C型交流滤波器能在2 s内降到320 A(二次值0.8 A)以下，D型交流滤波器能在2 s内降到316 A(二次值0.79 A)以下。同时，交流滤波器首端最大电流还应考虑各元件允许的最大运行电流。综合上述各种因素，A、B型交流滤波器过流保护的电流定值设置为0.68 A是合适的，但是时间延时应由2 s改为4 s较为合适，C型与D型交流滤波器过流保护的定值分别为0.8 A/2 s、0.79 A/2 s。

针对换流站在孤岛运行方式下出现的过压和高频的情况，应更改A、B型交流滤波器的过流保护定值，宜将过流保护延时由2 s改为4 s，确保一次设备在可承受的电压电流条件下，不发生保护误动。

5 结束语

通过交流滤波器稳态额定值计算原理和模型，计算出合适的过流保护定值，使楚雄换流站在孤岛运行方式下，不会因电压和频率的升高而误动，减少由单极闭锁发展成双极闭锁的风险。

［1］赵婉君.高压直流输电工程技术［M］.北京:中国电力出版社，2004.

［2］浙江大学直流输电科研组.直流输电［M］.北京:水利电力出版社，2011，5(1):25－28.

［3］黄莹，黎小林，饶宏，等.云广±800 kV直流输电工程交流滤波器设计关键问题研究 ［J］.南方电网技术，2010，4(2):67－71.

［4］徐峰，吕涛，曹继丰.云广直流±800 kV交流滤波器的电阻过负荷保护 ［J］.南方电网技术，2011，5(1):53－56.

［5］贾磊，蔡汉生，吴小辰，等.云广±800 kV直流工程孤岛运行过电压水平研究［J］.南方电网技术，2011，5(4):24－28.

［6］朱韬析，郭卫明，何杰.南方电网直流输电工程的交流滤波器保护［J］.电力建设，2011，32(1):45－48.

［7］南瑞继保.RCS－976AG系列交流滤波器成套保护装置［M］.南京，南瑞继保，2008.

［8］罗宇航，夏拥，左干清.穗东换流站交流滤波器保护误动作分析及改进措施［J］.南方电网技术，2010，4(2):85－87.

［9］罗宇航，张振华，张文，等.云广直流系统交流滤波器保护误动作分析及改进措施［J］.电力系统保护与控制，2011，39(3):137－140.