±800 kV 特高压换流站直流滤波器电容器不平衡研究

刘艇，梅琦龙

(中国南方电网超高压输电公司昆明局，昆明 650000)

0 前言

某±800 kV 换流站两次出现了因直流滤波器C1 电容器不平衡保护告警。直流滤波器是±800 kV 特高压换流站中十分重要的设备，以滤去换流变产生的谐波及其它各次频率的特征谐波，以保证换流器在任何运行方式下，最大等效谐波电流不超过其限定值［1－3］。同时，用以防止在高压直流输电系统的整流和逆变过程中产生的谐波对通信系统造成干扰。

1 直流滤波器故障机理

直流滤波器的不平衡保护用于检测高端电容器的故障。高端电容器承受了直流线路所有的直流电压压降和大部分谐波压降，电容器故障之后容易引起雪崩效应，并且高端电容不在差动保护范围之内，因此对该保护提出了很高的要求。为了便于检测故障，一般将电容器分成容量相等的两个支路，当某一个支路中电容器有损坏时，两支路中的谐波电流便出现了差异。

交流系统的电容器不平衡保护一般为一个不平衡电流的过电流元件，不平衡电流大于整定定值时即跳闸出口。直流线路上的谐波电压受直流控制系统的工况影响，波动范围很大，导致流过直流滤波器的谐波电流中的谐波分量随着时间变化，在电容相同损坏情况下，不同的运行方式不平衡电流也不一样。

直流滤波器投运时，需要对两个分支的电容进行调整，，使其尽可能相同，但是也不能完全消除其间的差别，不可避免地出现不平衡电流。同时，在直流滤波器正常工作过程中，温度、阳光等外界环境参数会改变电容的大小，导致不平衡电流的产生，而不平衡保护应该可以补偿由于这部分原因产生的不平衡电流。

可能引起直流滤波器C1 电容器不平衡保护动作的情况有:

1)单只电容器内部绝缘下降。由于制造工艺水平欠缺、设备老化、电容器漏油(电容器采用的是油绝缘)等原因导致电容器内部绝缘下降，从而使得电容器被击穿。

2)同一桥臂的电容器出现外部短路现象(通过单只电容器的引线将其短路)。

2 电容器不平衡保护

2.1 保护目的

监测C1 电容器的运行情况，判断两臂是否平衡运行，一旦出现有电容器故障，保护能迅速做出反应，防止因故障的电容器导致两臂不平衡运行，引发连锁反应损坏完好的电容器单元。

2.2 保护判据及动作后果

其中IFHS是高压电容器C1 支路中T11和T12电流互感器测量值之和，IFHD是高压电容器C1 支路中T11和T12电流互感器测量值之差。根据此闭环积分算法可以实时得到一个Δ，当满足一次Δ＜－ 0.089 42 或Δ ＞0.089 42，延时100 ms 发一个上升沿，计数器加一，可间接认为一只电容器故障。正常时Δ 为0.002 597 左右。IFHS的1pu=160A。其中:IFHD为C1 电容器两个桥臂差电流中12 次谐波分量;IFHS为C1 电容器两个桥臂和电流12 次谐波分量。∫Δ 算法为:

其中Δ=Xn，Yn=Δ 的积分Ta=4 ms，Ti=15 000 ms (有复位信号时为4 ms)。若Yn－1+Xn×Ta/Ti≥1.48 或!1.48，积分器达到上下限，延时500 ms，并且51C1DF (电容器差电流过流保护)没有动作，当IFHS＜100A 时，断开直流滤波器高压侧刀闸;当IFHS＞100 A 时，ESOF，该保护设计了三个故障级别。

2.3 典型事故分析

某换流站SER 报警，极Ⅱ两套极保护直流滤波器C1 电容器不平衡保护一段均动作。IFHD和IFHD/Max(IFHS，0.01pu)其中最小值－ 0.236 8＜－ 0.089 42，最大值0.194 0 ＞0.089 42。

通过现场检查处理，此次不平衡告警主要由于其中一只电容器电容值超标造成，上次试验值为67.5 μF，本次实测值为102.9 μF，电容误差已达到了52.4%，远远超出规定范围值。

直流滤波器C1 电容器内部结构为11 并3 串，共有33 个电容元件，均压电阻也为3 串结构，每个串联段并联一个均压电阻，电容器内部采用无熔丝结构。由于电容器内部采用无熔丝的结构，导致电容元件击穿后其所在串联段被完全短路，因此原本三串联段结构的电容器变为只有两个串联段串联，最终使电容器容值发生较大变化，出现容值偏大50%以上的异常。

进行初步分析得出:此次直流滤波器C1 电容器不平衡保护一段告警是由于单个电容元件被击穿所致。

3 结束语

1)换流站地处高海拔地区，早晚气温相差很大，在运行期间设备的热胀冷缩比较严重，这对电容器密封性能要求很高，虽然该电容器设计满足规定运行温度范围，但设备长期在温差大的环境下运行，热胀冷缩外加震动，电容器套管密封处、注油孔等易出现渗油的情况。

2)直流滤波器C1 电容器每次故障检修时，应该对每一只电容都进行电容值测量，将电容值超标的电容进行更换。若不及时更换，还会影响不平衡保护对故障严重程度的正确判断，使其不能及时发出报警信号。测量电容时，若发现电容值为0，说明电容内部出现了断路情况;若发现电容值为无穷大，说明电容内部出现了短路情况，很可能是电容内部绝缘损坏。

3)直流滤波器C1 电容器塔采用悬吊式结构，给运行维护及应急检修均带来了一定程度上的不便利。应配置足够的常用工器具如红外成像仪、高倍率望远镜，用于日常的巡视;还应编制直流滤波器故障的现场处置方案。必要时，还需根据实际情况制作专门针对单只电容器吊装的吊装工具。

4)在鸟害等极端不利因素情况下时，直流滤波器C1 电容器不平衡保护的判据有可能一直被触发，计数器不断累加，达到保护三段11 只电容器损坏的定值，保护动作出口，影响其运行可靠性。建议直流滤波器C1 电容器不平衡保护加装长延时计数器清零功能，增加抗扰动能力，保证特高压直流输电安全稳定运行。

［1］中国南方电网电力科学院.DCF performance and rating［R］.2009.

［2］浙江大学.直流输电［M］.北京:水力电力出版社，1985.

［3］赵婉君.高压直流输电工程［M］.北京:中国电力出版社，2004.