关于750 kV交流滤波器场不平衡电流测试的讨论

李科云，柴毅

关于750 kV交流滤波器场不平衡电流测试的讨论

李科云，柴毅

（国网宁夏电力有限公司检修公司，宁夏 银川 750011）

介绍了灵州换流站750 kV交流滤波器场配置情况，提高高压电容器设备健康水平对滤波器正常运行具有重要意义，一般以H型接线连接，简化电容塔H型电桥电路图，对其不平衡电流理论计算简单推导，利用不同工频电压作用下稳态不平衡电流的线性关系，现场可采用低压进行不平衡电流及不平衡度测试。通过多次试验，测试人员得出几点注意事项，既可保证试验准确度，又可提高检修效率，并确定最佳测试频率为300～500 Hz。电容塔不平衡电流测试满足要求，对设备安全稳定运行提供保障。

滤波器；电容塔；H型电桥；不平衡电流

1 引言

特高压直流输电[1]（UHVDC）指±800 kV及以上电压等级的直流输电及相关技术。在中国特高压电网建设中，将以1 000 kV交流特高压输电为主，形成特高压电网骨干网架，实现各大区电网的同步互联；±800 kV特高压直流输电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支撑的大功率输电工程。在直流输电系统中，滤除直流控制系统产生的谐波以避免对交流输电系统带来不良影响，同时补偿直流控制系统消耗的无功功率，在直流系统运行过程中必须投入一定数量的交流滤波器和并联电容器。

交流滤波器中最重要组成部分是高端的电容器，它承受了大部分的母线电压，容易在电容器损坏后发生雪崩，造成爆炸。为了有效保护这些电容器，现场一般把电容器分成4组大小相同的部分，用H型接线连接起来。此外，根据多年运行经验，因电容器不平衡电流保护动作跳闸占比约90%以上，其他设备（电抗器、电阻器、避雷器）在运行过程中总跳闸次数占比较低，若投入交流滤波器组容量低于直流运行规程要求容量，将会导致直流输电被迫降低功率，严重时会造成直流闭锁。

本文将以灵州换流站为例，介绍H桥电容塔不平衡电流产生来源，不平衡保护动作原理，如何有效开展750 kV交流滤波器电容塔不平衡电流测试，高压电容塔测试过程中的几点注意事项，如何降低高电压、强电场对测试结果的影响，以保证电容设备投运后可靠运行，同时也对不平衡测试领域提出了几点展望。

2 灵州换流站交流滤波器配置

800 kV灵州换流站采用12脉动换流器，其750 kV交流侧将主要产生（12 k±1）次特征谐波，交流滤波器通过电容器、电抗器、电阻器的不同组合将会使某次特征谐波流入大地，从而将谐波电流脱离系统，实现滤除谐波的效果，同时，可向系统提供一定容量的无功功率[2]。灵州换流站750 kV交流滤波器组配置4个大组，共16个小组，其中包括4组BP11/BP13滤波器、4组HP24/36滤波器、3组HP3滤波器和5组SC并联电容器，每组容量均为295 MVar。

750 kV交流滤波器（BP11/BP13）为单谐调滤波器，主要由高压电容塔、电阻器、避雷器、电抗器等元器件组成，为系统提供无功和滤除11、13次谐波，原理如图1所示。电容器组（BP11/13）均由184个电容器采用2并92串的方式进行连接，电容塔（BP11）额定电容为0.79 μF，电容塔（BP13）额定电容为0.82 μF。

图1 滤波器（BP11/BP13）原理图

单个电容器为内熔丝结构，并设有放电电阻，内部以18并3串的方式连接而成，如图2所示。

3 电容塔不平衡电流测量

3.1 不平电流测试方法原理

电容塔不平衡电流测试原理如图3表示，其中c为外施电压in下仪器输出电流，即电容塔在测试电压m下的穿越电流；bph为电容桥流经A-B线路的电流值，即不平衡电流值；1、2、3、4为电容塔各桥臂等效电容量。

图2 单个电容器内部结构图

图3 电容塔不平衡电流测试原理图

通过施加电压in，将A、B连线断开接入仪器中，利用高精度测试元件得到不平衡电流值bph。

不平衡度表示H型桥电容不平衡度的指标，值越大，则不平衡度越大，如果桥臂上的电容值相等，则=0。不平衡度计算公式如下：

由图3可得[2]：

3.2 不平衡电流整定值

灵州换流站ACF1滤波器组电容塔（BP11/BP13）整定值如表1所示。

表1 电容塔（BP11/BP13）整定值

项目整定值项目整定值 过电流Ⅰ段定值/A267过电流Ⅰ段时间/s10 过电流Ⅱ段定值/A334过电流Ⅱ段时间/s0.3 过电流Ⅲ段定值/A1 500过电流Ⅲ段时间/s0.02 电容塔C1不平衡Ⅰ段比例系数0.000 52电容塔C1不平衡Ⅰ段时间/s10 电容塔C1不平衡Ⅱ段比例系数0.001 15电容塔C1不平衡Ⅱ段时间/min120 电容塔C1不平衡Ⅲ段比例系数0.001 81电容塔C1不平衡Ⅲ段时间/s0.02

由表1可知，Ⅰ段不平衡电流整定值为138.84 mA， Ⅱ段不平衡电流整定值为384.1 mA，Ⅲ段电流整定值为 2.715 A。

3.3 动作条件

此文仅分析滤波器在稳态下保护动作情况，动作方程如下所示：

ub＞ubqd（1）

（2）

式（1）（2）中：ub为交流滤波器的不平衡电流；ubqd为不平衡电流启动整定值；tro为交流滤波器的穿越电流；ubzd为不平衡系数保护定值。

当任一项满足条件时，稳态不平衡元件动作，经过设定延时后，发出报警信号或跳闸指令。

3.4 现场测试

灵州换流站750 kV交流滤波器场多次因鸟害事件发生跳闸情况，后期开展电容塔增高改造。为了防止跳闸过程中电容器受到冲击而被损坏、增高改造过程中作业人员损坏电容器、吊装造成机械损伤，需要对电容塔进行H型桥臂电容量测试和不平衡电流测试，以保证电容器满足投运条件。

现场采用的试验设备为PF3000电力滤波器特性测试仪，根据仪器使用指南需使用1 000 Hz电压开展电容塔测试，在使用过程中发现，受周围电场的干扰，如果使用1 000 Hz电压测试，测试结果会有很大误差。经过现场多次测试发现，频率在300～500 Hz时，试验数据干扰最小。

通过与仪器研发人员沟通交流，建议将仪器在出厂时按300 Hz以下进行校准，该仪器可输出最大电压60 V，最大电流5 A，不平衡电流测量误差为10 μA～10 mA，电流测量精度小于0.5%。根据不同工频电压下不平衡电流的线性关系，可将不平衡电流测试值在显示模式下换算至额定电压下进行比较，公式如下：

3.5 试验数据分析

以灵州换流站某组BP13电容塔为例，单个电容器电容量为（37.5±0.5） μF，单相电容塔各桥臂电容量为0.821 μF、0.821 μF、0.821 μF、0.821 μF，不平衡电流测试结果如表2所示。

国内在不平衡电流测试领域未给出明确规程，根据现场试验经验，一般以低于报警整定值1/2或1/3为限，多数人员与历史测试值作对比，无明显变化为合格，当变化较大时，需对电容塔单只电容器进行测量，电容量变化量超出制造商规定（±1.8%），需予以更换，更换后需重新测量。

表2 电容塔（BP13）测试结果

项目试验值项目试验值 A相不平衡电流/μA8.2 A相不平衡度/（%）0.002 1 B相不平衡电流/μA7.6B相不平衡度/（%）0.002 6 C相不平衡电流/μA10.0C相不平衡度/（%）0.004 0

在测试过程中，假设其中一个电容器完全击穿，测试人员将其中一个电容器短接，测得电容塔不平衡电流为 214 μA，不平衡度达到0.3%，已超过不平衡报警值，远大与历史值，因此不平衡电流测试可灵敏反应电容器设备的运行工况，避免设备投运后不满足不平衡保护要求。

4 测试过程中的几点建议

4.1 是否拆线

电容塔不平衡电流测试时，必须断开与电抗器连接的引线，否则会使测试数据不准确，测试数值跳跃严重，甚至会发生跳跃量为50 μA的情况，无法记录准确数值，且测试值不具备对比条件。断开与电抗器所连接的引线时，需做好防止静电感应措施。

由于设备处于高电压、强电场环境中，即使设备通过电抗器充分放电并接地，但是当断开引线瞬间，会迅速形成感应电荷，需做好相应接地措施，保证人员安全。

4.2 是否拉开地刀

灵州换流站在设备首检测试不平衡电流时，测试人员均申请拉开电容塔高压侧接地刀闸，断开电容塔尾部接线，由于需要向国调申请拉开地刀的指令，会造成现场试验条件具备而等待地刀拉开的情况，使检修工作不能高效开展。测试人员通过多次测试对比、反复验证后，得出以下结论：即使不拉开电容塔高压侧接地刀闸，仍可以准确测得不平衡电流数值，只需断开与电抗器连接侧引线即可，一般此处位置较低，便于人员拆卸。另外，当拉开接地刀闸后进行试验时，出现了一次测试仪器损坏的事件，通过现场分析，发现此时高压侧感应电压达到几千伏，正是此感应电压使仪器损坏不能工作。所以，不拉开电容塔高压侧接地刀闸，可使检修工作高效开展，保证测试数据准确性，保护测试仪器不受破坏。

4.3 选择测试频率

根据多个测试现场的经验，发现当输出频率在300～500 Hz时，得到的试验数据较为准确，且在此频率范围内，仪器的抗干扰能力最强，推荐仪器制造商出厂时采用300 Hz校准设备。通过现场不断试验、反馈，不断提高测试准确度，并且可推动不平衡电流测试领域的发展。

4.4 减少干扰源

在750 kV交流滤波器场测试不平衡电流时，测试B相电容塔桥臂电容、不平衡电流数据均正常，但是在A、C相测试不平衡电流时，数据变化较大，尤其旁边滤波器小组间隔带电运行，受到干扰较为严重。换流站交流滤波器场一般配置较为充分，可申请将旁边干扰源滤波器小组退出运行，投入其他较远同类型滤波器小组，以保证测试的准确性。

4.5 改进仪器

不平衡测试领域的仪器应增加保护电路，防止感应高电压进入测试回路损坏仪器，提高仪器可靠性和使用寿命；根据试验接线，增加异常桥臂选择功能，当发现不平衡电流较大或桥臂电容异常时，通常做法是测试电容塔逐个电容器电容量，从而发现异常电容器，通过增加异常桥臂选择功能，可将后续检查范围缩小1/4，提高现场检修效率；完善不平衡测试领域规程规定，以一个换流站为基础，通过数据的积累，逐步达到规程的制定标准，后期仪器可增加统计及分析功能，设定相应参数后，可以实现对每次测试结果的判断。

5 小结

灵州换流站经过现场多次试验验证，确定了不平衡电流测试能够灵敏反应电容塔的设备情况。如发生不平衡电流突变，则需考虑电容器单元是否存在承受过电压后损坏情况，但本项测试方法属于低压测试，易受到周围750 kV高电压、强电场的影响，以300～500 Hz输出电压开展测试，最接近实际值，并推荐仪器制造商以300 Hz频率校验仪器，以提高现场测试精度；为提高检修效率，必须断开电容塔，靠近电抗器侧连接引线，无需申请拉开电容塔高压侧接地刀闸，既不影响测试结果，仪器也免受感应电损坏；若条件允许，可采用减少干扰源的方法，即停运最近干扰滤波器间隔，待测试完成后，再恢复原有运行方式。此外，不平衡电流领域的规程仍需补充完善，利用多次调试及测试结果，通过统计与分析，逐步建立不平衡电流。

［1］袁清云.特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景［J］.电网技术，2005（14）：1-3.

［2］赵畹君.高压直流输电技术［M］.北京：中国电力出版社，2004.

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.016

2095－6835（2020）02－0054－03

李科云（1992—），男，宁夏银川人，大学本科，中级工，研究方向为高电压技术。

〔编辑：严丽琴〕