阻尼電阻器在濾波回路中引起故障分析及處理

李慶華（焦作萬方鋁業股份有限公司，454100）

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阻尼電阻器在濾波回路中引起故障分析及處理

李慶華
（焦作萬方鋁業股份有限公司，454100）

摘要：通過對整流變電站濾波裝置電容器損壞問題分析，找出產生故障的原因及處理方法，并對整流供電濾波裝置安全運行提出防范措施。

關鍵詞：濾波電容器；過電壓阻尼裝置；故障；處理

1 某整流變電站濾波裝置設計原理

某整流變電站電解供電直流電流為305KA，此整流系統由五臺12脈動整流機組（五臺機組共：5*12=60脈動）組成用于鋁電解，其中有載調壓交流變壓器為整流柜提供交流輸入，有載調壓變壓器由一臺自偶降壓變壓器和兩臺帶移相繞組的整流變壓器組成（含兩臺飽和電抗器組），為了提高功率因數以及解決整流系統產生的諧波電流問題，在四臺整流機組10kV側設計了無源高通濾波器，這種無源高通濾波器主要由濾波電容器、濾波電抗器和無感電阻器等連接組成，完成濾除諧波兼顧無功補償的作用。

無源高通濾波器電路圖

無源高通濾波器主要的工作原理是電路的串聯諧振，在某一個諧波頻率下，當電容器的容抗和電抗器的感抗相等時，其串聯等效電抗為很低值，對相應頻次諧波表現出低阻抗，從而有效的抑制了流向系統或其它負荷的諧波電流，改善了系統的電壓畸變。高通濾波器對截至頻率以下的頻次呈現高阻抗，對截止頻率以上的頻次在寬廣的范圍內呈現較低的阻抗值，可以抑制高次諧波對系統的影響，其特點是基波損耗較小，阻抗頻率特性較好，結構簡單，對工頻偏差及元件參數變化不敏感。此高通濾波器有3條濾波支路：5次、7次、11次濾波支路，每組濾波器采用雙Y接線。雙星形接線，是將電容器平均分為兩個電容相等的星形接線電容器組，并聯到電網母線，兩組電容器的中性點之間經過一臺低變比的電流互感器連接起來。這種接線可以利用其中性點連接的電流保護裝置，當電容器故障時，會產生不平衡電流，使保護裝置動作將電源斷開，這種保護方式簡單有效，不受系統電壓不平衡或接地故障的影響。

2 電容器損壞原因分析

濾波器投入瞬間，電容器相當于被短路，電抗器相當于開路，其供電母線上的電壓幾乎全部加在了電抗器與電阻器上。為了抑制電容器組在接通或斷開瞬間的過電壓，科冠變濾波系統設計時在串聯電抗器兩端并聯了一套過電壓阻尼裝置，此裝置由阻尼電阻器與氧化鋅避雷器構成。

L： 電抗器R1：電阻器（50Ω）R2：阻尼電阻（1.5Ω）F：氧化鋅避雷器（擊穿電壓5.4KV）C： 電容器

此濾波系統投運以來，在合閘瞬間不斷出現不平衡電流引起的跳閘，電容器內熔絲熔斷問題，調整損壞的電容器后故障消失，運行正常。經統計，投運七年以來已損壞電容器216只。由于采用的是內熔絲電容器，所以熔絲一旦熔斷，必須更換電容器，并對電容器組容量進行測量及調整組中電容器個體容量，保證電容器組間容量相差不超過5%，對損壞的電容器還要及時返廠維修。此種現象存在著安全隱患，同時也增加了檢修工作量和維修費用。經現場多次檢查對比試驗發現，四套濾波系統中的，過電壓阻尼裝置計數器數值都發生了不同變化，說明避雷器因受過電壓擊穿動作。

分析過電壓阻尼裝置工作原理：在濾波裝置通電瞬間，電抗器為高阻，并聯電容器組在合閘的瞬間，易在電容器組上產生2～3倍的過電壓和很大的涌流。當接通電容器組時，作用在串聯電抗器上的電壓超過避雷器的擊穿電壓，避雷器擊穿放電，便將與其串聯的阻尼電阻器接入回路。此種氧化鋅避雷器的擊穿

電壓在5.4KV左右，當此阻尼電阻器接入回路后，電容器上流過的電流＞20×103÷√3×√2÷1/（1/1.5+1/50）=11260A，而電容器的額定電流只有933.8A，此時流過的電流已是電容器額定電流的十倍多，所以電容器的保護熔絲必將熔斷，使電容器容值發生改變，導致濾波系統不平衡電流保護裝置動作，使斷路器跳閘。

3 電容器故障處理及措施

找出導致電容器熔絲熔斷的原因后，將過電壓阻尼裝置拆除，經過一段時間的實際運行試驗未發生電容器熔絲熔斷故障。從以上分析我們可以認為此故障現象是由于過電壓阻尼裝置參數與濾波裝置參數選配不合理造成的。設計者只是考慮，用過電壓阻尼裝置來消除合閘、分閘瞬間電磁振蕩能量產生的過電壓，忽略了過電壓阻尼裝置接入回路時，阻尼電阻R2對電阻器R1的影響，減小了回路電阻，增加了通過電容器的電流。

過電壓阻尼裝置的拆除，雖能對防止電容器過流起到一定保護，但對電抗器、電容器、電阻器的絕緣耐壓水平提出了更高要求。參考《高通濾波器投切操作過電壓及限制措施》，從中發現電抗器兩端并聯避雷器可有效降低濾波器峰值電壓，減少因濾波電抗器絕緣分布不均而造成的絕緣擊穿故障。因氧化鋅可以限制過電壓的幅值，采用氧化鋅避雷器可以有效起到限制操作過電壓的作用。

4 結束語

濾波裝置做為整流機組的重要運行設備，長期承受額定全電壓運行，加上電容與電感非線性元件的影響，電容器組中經常產生高頻電壓，在高電壓和高頻電壓的共同作用下，濾波裝置中的電氣設備運行條件顯的十分惡劣。對整流濾波系統中設備增加過電壓保護，還需謹慎研究，阻尼電阻參數的配置也有待優化。

參考文獻

［1］孫樹樸 、李明 .電力電子技術 .中國礦業大學出版社

［2］夏傳泰 、王忠明 .高通濾波器投切操作過電壓及限制措施.重慶鋼鐵設計院

Fault analysis and treatment of damping resistor in filter circuit

Li Qinghua
（Jiaozuo Limited by Share Ltd of 454100）

Abstract：The problem of damage of rectifying substation filter capacitor analysis，find out the causes and treatments of faults，and puts forward the preventive measures of safety rectification power filter operation.

Keywords：filter capacitor；over voltage damping device；fault；processing