關(guān)于750 kV交流濾波器場不平衡電流測試的討論

李科云，柴毅

關(guān)于750 kV交流濾波器場不平衡電流測試的討論

李科云，柴毅

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011）

介紹了靈州換流站750 kV交流濾波器場配置情況，提高高壓電容器設(shè)備健康水平對濾波器正常運(yùn)行具有重要意義，一般以H型接線連接，簡化電容塔H型電橋電路圖，對其不平衡電流理論計(jì)算簡單推導(dǎo)，利用不同工頻電壓作用下穩(wěn)態(tài)不平衡電流的線性關(guān)系，現(xiàn)場可采用低壓進(jìn)行不平衡電流及不平衡度測試。通過多次試驗(yàn)，測試人員得出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，既可保證試驗(yàn)準(zhǔn)確度，又可提高檢修效率，并確定最佳測試頻率為300～500 Hz。電容塔不平衡電流測試滿足要求，對設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

濾波器；電容塔；H型電橋；不平衡電流

1 引言

特高壓直流輸電[1]（UHVDC）指±800 kV及以上電壓等級的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。在中國特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，將以1 000 kV交流特高壓輸電為主，形成特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)各大區(qū)電網(wǎng)的同步互聯(lián)；±800 kV特高壓直流輸電則主要用于遠(yuǎn)距離、中間無落點(diǎn)、無電壓支撐的大功率輸電工程。在直流輸電系統(tǒng)中，濾除直流控制系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波以避免對交流輸電系統(tǒng)帶來不良影響，同時(shí)補(bǔ)償直流控制系統(tǒng)消耗的無功功率，在直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須投入一定數(shù)量的交流濾波器和并聯(lián)電容器。

交流濾波器中最重要組成部分是高端的電容器，它承受了大部分的母線電壓，容易在電容器損壞后發(fā)生雪崩，造成爆炸。為了有效保護(hù)這些電容器，現(xiàn)場一般把電容器分成4組大小相同的部分，用H型接線連接起來。此外，根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因電容器不平衡電流保護(hù)動作跳閘占比約90%以上，其他設(shè)備（電抗器、電阻器、避雷器）在運(yùn)行過程中總跳閘次數(shù)占比較低，若投入交流濾波器組容量低于直流運(yùn)行規(guī)程要求容量，將會導(dǎo)致直流輸電被迫降低功率，嚴(yán)重時(shí)會造成直流閉鎖。

本文將以靈州換流站為例，介紹H橋電容塔不平衡電流產(chǎn)生來源，不平衡保護(hù)動作原理，如何有效開展750 kV交流濾波器電容塔不平衡電流測試，高壓電容塔測試過程中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，如何降低高電壓、強(qiáng)電場對測試結(jié)果的影響，以保證電容設(shè)備投運(yùn)后可靠運(yùn)行，同時(shí)也對不平衡測試領(lǐng)域提出了幾點(diǎn)展望。

2 靈州換流站交流濾波器配置

800 kV靈州換流站采用12脈動換流器，其750 kV交流側(cè)將主要產(chǎn)生（12 k±1）次特征諧波，交流濾波器通過電容器、電抗器、電阻器的不同組合將會使某次特征諧波流入大地，從而將諧波電流脫離系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的效果，同時(shí)，可向系統(tǒng)提供一定容量的無功功率[2]。靈州換流站750 kV交流濾波器組配置4個(gè)大組，共16個(gè)小組，其中包括4組BP11/BP13濾波器、4組HP24/36濾波器、3組HP3濾波器和5組SC并聯(lián)電容器，每組容量均為295 MVar。

750 kV交流濾波器（BP11/BP13）為單諧調(diào)濾波器，主要由高壓電容塔、電阻器、避雷器、電抗器等元器件組成，為系統(tǒng)提供無功和濾除11、13次諧波，原理如圖1所示。電容器組（BP11/13）均由184個(gè)電容器采用2并92串的方式進(jìn)行連接，電容塔（BP11）額定電容為0.79 μF，電容塔（BP13）額定電容為0.82 μF。

圖1 濾波器（BP11/BP13）原理圖

單個(gè)電容器為內(nèi)熔絲結(jié)構(gòu)，并設(shè)有放電電阻，內(nèi)部以18并3串的方式連接而成，如圖2所示。

3 電容塔不平衡電流測量

3.1 不平電流測試方法原理

電容塔不平衡電流測試原理如圖3表示，其中c為外施電壓in下儀器輸出電流，即電容塔在測試電壓m下的穿越電流；bph為電容橋流經(jīng)A-B線路的電流值，即不平衡電流值；1、2、3、4為電容塔各橋臂等效電容量。

圖2 單個(gè)電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 電容塔不平衡電流測試原理圖

通過施加電壓in，將A、B連線斷開接入儀器中，利用高精度測試元件得到不平衡電流值bph。

不平衡度表示H型橋電容不平衡度的指標(biāo)，值越大，則不平衡度越大，如果橋臂上的電容值相等，則=0。不平衡度計(jì)算公式如下：

由圖3可得[2]：

3.2 不平衡電流整定值

靈州換流站ACF1濾波器組電容塔（BP11/BP13）整定值如表1所示。

表1 電容塔（BP11/BP13）整定值

項(xiàng)目整定值項(xiàng)目整定值 過電流Ⅰ段定值/A267過電流Ⅰ段時(shí)間/s10 過電流Ⅱ段定值/A334過電流Ⅱ段時(shí)間/s0.3 過電流Ⅲ段定值/A1 500過電流Ⅲ段時(shí)間/s0.02 電容塔C1不平衡Ⅰ段比例系數(shù)0.000 52電容塔C1不平衡Ⅰ段時(shí)間/s10 電容塔C1不平衡Ⅱ段比例系數(shù)0.001 15電容塔C1不平衡Ⅱ段時(shí)間/min120 電容塔C1不平衡Ⅲ段比例系數(shù)0.001 81電容塔C1不平衡Ⅲ段時(shí)間/s0.02

由表1可知，Ⅰ段不平衡電流整定值為138.84 mA， Ⅱ段不平衡電流整定值為384.1 mA，Ⅲ段電流整定值為 2.715 A。

3.3 動作條件

此文僅分析濾波器在穩(wěn)態(tài)下保護(hù)動作情況，動作方程如下所示：

ub＞ubqd（1）

（2）

式（1）（2）中：ub為交流濾波器的不平衡電流；ubqd為不平衡電流啟動整定值；tro為交流濾波器的穿越電流；ubzd為不平衡系數(shù)保護(hù)定值。

當(dāng)任一項(xiàng)滿足條件時(shí)，穩(wěn)態(tài)不平衡元件動作，經(jīng)過設(shè)定延時(shí)后，發(fā)出報(bào)警信號或跳閘指令。

3.4 現(xiàn)場測試

靈州換流站750 kV交流濾波器場多次因鳥害事件發(fā)生跳閘情況，后期開展電容塔增高改造。為了防止跳閘過程中電容器受到?jīng)_擊而被損壞、增高改造過程中作業(yè)人員損壞電容器、吊裝造成機(jī)械損傷，需要對電容塔進(jìn)行H型橋臂電容量測試和不平衡電流測試，以保證電容器滿足投運(yùn)條件。

現(xiàn)場采用的試驗(yàn)設(shè)備為PF3000電力濾波器特性測試儀，根據(jù)儀器使用指南需使用1 000 Hz電壓開展電容塔測試，在使用過程中發(fā)現(xiàn)，受周圍電場的干擾，如果使用1 000 Hz電壓測試，測試結(jié)果會有很大誤差。經(jīng)過現(xiàn)場多次測試發(fā)現(xiàn)，頻率在300～500 Hz時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)干擾最小。

通過與儀器研發(fā)人員溝通交流，建議將儀器在出廠時(shí)按300 Hz以下進(jìn)行校準(zhǔn)，該儀器可輸出最大電壓60 V，最大電流5 A，不平衡電流測量誤差為10 μA～10 mA，電流測量精度小于0.5%。根據(jù)不同工頻電壓下不平衡電流的線性關(guān)系，可將不平衡電流測試值在顯示模式下?lián)Q算至額定電壓下進(jìn)行比較，公式如下：

3.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

以靈州換流站某組BP13電容塔為例，單個(gè)電容器電容量為（37.5±0.5） μF，單相電容塔各橋臂電容量為0.821 μF、0.821 μF、0.821 μF、0.821 μF，不平衡電流測試結(jié)果如表2所示。

國內(nèi)在不平衡電流測試領(lǐng)域未給出明確規(guī)程，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，一般以低于報(bào)警整定值1/2或1/3為限，多數(shù)人員與歷史測試值作對比，無明顯變化為合格，當(dāng)變化較大時(shí)，需對電容塔單只電容器進(jìn)行測量，電容量變化量超出制造商規(guī)定（±1.8%），需予以更換，更換后需重新測量。

表2 電容塔（BP13）測試結(jié)果

項(xiàng)目試驗(yàn)值項(xiàng)目試驗(yàn)值 A相不平衡電流/μA8.2 A相不平衡度/（%）0.002 1 B相不平衡電流/μA7.6B相不平衡度/（%）0.002 6 C相不平衡電流/μA10.0C相不平衡度/（%）0.004 0

在測試過程中，假設(shè)其中一個(gè)電容器完全擊穿，測試人員將其中一個(gè)電容器短接，測得電容塔不平衡電流為 214 μA，不平衡度達(dá)到0.3%，已超過不平衡報(bào)警值，遠(yuǎn)大與歷史值，因此不平衡電流測試可靈敏反應(yīng)電容器設(shè)備的運(yùn)行工況，避免設(shè)備投運(yùn)后不滿足不平衡保護(hù)要求。

4 測試過程中的幾點(diǎn)建議

4.1 是否拆線

電容塔不平衡電流測試時(shí)，必須斷開與電抗器連接的引線，否則會使測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，測試數(shù)值跳躍嚴(yán)重，甚至?xí)l(fā)生跳躍量為50 μA的情況，無法記錄準(zhǔn)確數(shù)值，且測試值不具備對比條件。斷開與電抗器所連接的引線時(shí)，需做好防止靜電感應(yīng)措施。

由于設(shè)備處于高電壓、強(qiáng)電場環(huán)境中，即使設(shè)備通過電抗器充分放電并接地，但是當(dāng)斷開引線瞬間，會迅速形成感應(yīng)電荷，需做好相應(yīng)接地措施，保證人員安全。

4.2 是否拉開地刀

靈州換流站在設(shè)備首檢測試不平衡電流時(shí)，測試人員均申請拉開電容塔高壓側(cè)接地刀閘，斷開電容塔尾部接線，由于需要向國調(diào)申請拉開地刀的指令，會造成現(xiàn)場試驗(yàn)條件具備而等待地刀拉開的情況，使檢修工作不能高效開展。測試人員通過多次測試對比、反復(fù)驗(yàn)證后，得出以下結(jié)論：即使不拉開電容塔高壓側(cè)接地刀閘，仍可以準(zhǔn)確測得不平衡電流數(shù)值，只需斷開與電抗器連接側(cè)引線即可，一般此處位置較低，便于人員拆卸。另外，當(dāng)拉開接地刀閘后進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)了一次測試儀器損壞的事件，通過現(xiàn)場分析，發(fā)現(xiàn)此時(shí)高壓側(cè)感應(yīng)電壓達(dá)到幾千伏，正是此感應(yīng)電壓使儀器損壞不能工作。所以，不拉開電容塔高壓側(cè)接地刀閘，可使檢修工作高效開展，保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保護(hù)測試儀器不受破壞。

4.3 選擇測試頻率

根據(jù)多個(gè)測試現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸出頻率在300～500 Hz時(shí)，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，且在此頻率范圍內(nèi)，儀器的抗干擾能力最強(qiáng)，推薦儀器制造商出廠時(shí)采用300 Hz校準(zhǔn)設(shè)備。通過現(xiàn)場不斷試驗(yàn)、反饋，不斷提高測試準(zhǔn)確度，并且可推動不平衡電流測試領(lǐng)域的發(fā)展。

4.4 減少干擾源

在750 kV交流濾波器場測試不平衡電流時(shí)，測試B相電容塔橋臂電容、不平衡電流數(shù)據(jù)均正常，但是在A、C相測試不平衡電流時(shí)，數(shù)據(jù)變化較大，尤其旁邊濾波器小組間隔帶電運(yùn)行，受到干擾較為嚴(yán)重。換流站交流濾波器場一般配置較為充分，可申請將旁邊干擾源濾波器小組退出運(yùn)行，投入其他較遠(yuǎn)同類型濾波器小組，以保證測試的準(zhǔn)確性。

4.5 改進(jìn)儀器

不平衡測試領(lǐng)域的儀器應(yīng)增加保護(hù)電路，防止感應(yīng)高電壓進(jìn)入測試回路損壞儀器，提高儀器可靠性和使用壽命；根據(jù)試驗(yàn)接線，增加異常橋臂選擇功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不平衡電流較大或橋臂電容異常時(shí)，通常做法是測試電容塔逐個(gè)電容器電容量，從而發(fā)現(xiàn)異常電容器，通過增加異常橋臂選擇功能，可將后續(xù)檢查范圍縮小1/4，提高現(xiàn)場檢修效率；完善不平衡測試領(lǐng)域規(guī)程規(guī)定，以一個(gè)換流站為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)的積累，逐步達(dá)到規(guī)程的制定標(biāo)準(zhǔn)，后期儀器可增加統(tǒng)計(jì)及分析功能，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)對每次測試結(jié)果的判斷。

5 小結(jié)

靈州換流站經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了不平衡電流測試能夠靈敏反應(yīng)電容塔的設(shè)備情況。如發(fā)生不平衡電流突變，則需考慮電容器單元是否存在承受過電壓后損壞情況，但本項(xiàng)測試方法屬于低壓測試，易受到周圍750 kV高電壓、強(qiáng)電場的影響，以300～500 Hz輸出電壓開展測試，最接近實(shí)際值，并推薦儀器制造商以300 Hz頻率校驗(yàn)儀器，以提高現(xiàn)場測試精度；為提高檢修效率，必須斷開電容塔，靠近電抗器側(cè)連接引線，無需申請拉開電容塔高壓側(cè)接地刀閘，既不影響測試結(jié)果，儀器也免受感應(yīng)電損壞；若條件允許，可采用減少干擾源的方法，即停運(yùn)最近干擾濾波器間隔，待測試完成后，再恢復(fù)原有運(yùn)行方式。此外，不平衡電流領(lǐng)域的規(guī)程仍需補(bǔ)充完善，利用多次調(diào)試及測試結(jié)果，通過統(tǒng)計(jì)與分析，逐步建立不平衡電流。

［1］袁清云.特高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及在我國的應(yīng)用前景［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005（14）：1-3.

［2］趙畹君.高壓直流輸電技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2004.

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.016

2095－6835（2020）02－0054－03

李科云（1992—），男，寧夏銀川人，大學(xué)本科，中級工，研究方向?yàn)楦唠妷杭夹g(shù)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕