高压直流输电系统交流滤波器故障与保护分析刘懿

高压直流输电系统交流滤波器故障与保护分析刘懿

刘懿

(云南电网有限责任公司文山供电局)

摘要:在经济大发展的去趋势下，我国的各个行业都在不断飞发展与进步，当然输电系统也不例外，高压直流输电系统近年来取得了不小的成就，然而，交流滤波器故障与保护方面还有很多问题没有解决，由于交流滤波器在高压直流输电系统中有着至关重要的作用，不仅可以滤除谐波而且还有起到无功补偿的作用，因此对交流滤波器故障进行分析与保护是很有必要的。

关键词:高压直流，输电系统，交流滤波器，故障

一、前言

随着科学技术水平的提升，电对于人们的日常生活而言必不可少，几乎所有的物品都跟电有关，家用电器，电冰箱、电视机、洗衣机、空调、饮水机等等都离不开电，出门乘坐的电梯，电动公交车等等都是与电密切相关的，所以我们的生活离不开电，点也给我们的生活带来了极大的便利，但是电又影响着我们的安全，因此，设备的稳定性与绝缘水平面临着严峻考验，要做好保护工作防患于未然，必须对交流滤波器保护展开全面的研究。高压直流输电系统如图，图1所示。

图1高压直流输电系统图

二、交流滤波器的构成与故障类型

就目前情况来看，大部分的直流输电工程的交流滤波器是以电容为主，电抗及电阻串并联构成的无源滤波器。通常又可以将交流滤波器分为中单调谐滤波器、双调谐滤波器以三调谐滤波器和高通滤波器，还有一种是C型滤波器，这几种是应用最广泛的。当然应用广问题也出现的多，就以双调谐滤波器为例，其经常出现短路故障和电容器损坏故障，这两者最为普遍，其次设备过负荷、滤波器失谐等也是其常见的故障。下面就每种故障的产生机理分别论述：

（1）短路故障

短路作为最常见的故障之一，导致其发生的原因有两种，一是设备短路，二是连线接地短路；

（2）电容器损坏故障

一般情况下，电容器损坏，其实就是电容器内部电容元件被击穿导致的；

（3）设备过负荷

除了上述两种故障外，第三周故障就是设备过负荷，可以更进一步分为高端电容器过负荷，电抗器过负荷以及电阻器过负荷。每种过负荷产生的原因不一样，解决方法也不尽相同；

（4）滤波器失谐

滤波器失谐比较容易理解，当滤波器实际调谐频率与相应谐波频率的给定值不符时就称滤波器失谐。

三、交流滤波器故障的保护

3.1交流滤波器短路故障与保护

要对滤波器加以保护，首先要分清滤波器故障原因，然后针对性地做出解决措施。当交流滤波器发生短路故障时，很容易造成元器件的损坏，因此要酌情采取以下的保护措施：

（1）差动保护

一旦交流滤波器发生短路故障，有些情况是必然会出现的，比如母线侧电流与接地侧电流肯定会出现差电流，因此可以通过对差电流的检测来对故障做出判断。

（2）过流保护及零序过流保护

不管是哪种保护都是为了防止元器件的损坏，差动保护如此过流保护也是如此，只不过保护方式不一样，如果将差的保护比作第一道防线的话，那么过流保护就是第二道防线，其主要是通过对滤波器的母线侧电流进行检测，以达到防止过电流对元器件造成损害的目的。

3.2电容器损坏故障与电容器不平衡保护

无论哪种电容器，其桥臂组成都是相同的，若干个大小相同、数量相等的电容器按照一定的规则串并联后就组若干电容器单元串并联组合在一起，以达到实际应用的目的。据研究发现，随着电容器元件相继损坏，不平衡电流相应就会增加。

为了防止电容器损坏造成的元器件受损，往往对电容器进行不平衡保护，通过检测桥接线上的不平衡电流，判断电容器组的运行状况。就当今发展情况而言，按照原理可以将电容器不平衡保护按分为一下三类：

（1）桥差过流保护

桥差过流保护，以对中间桥接线上的电流进行实时监测而做出相应的判断，只要此处电流超过了标准值，便会马上采取保护动作。这一保护措施最大的缺点就是，容易受到其他因素的干扰，所以在实际应用的过程当中，通常要以它的的动作精度为代价，来防止桥差过流保护误动。

（2）计数不平衡保护

技术不平衡保护不是很常见，当对称性故障发时，很难通过电流而检测到故障，此时，可以通过间接计算电容器电容损坏的个数的方法来进行判断。采用这一保护方法时，只要测到不平衡电流与总电流的比值的变化量大于整定值，即认为电容器损坏了一个元件，并开始进行计数，当损害元件数大于定值时保护动作。

3.3设备过负荷保护

（1）高端电容器过负荷保护

过负荷保护主要包括高端电容器过负荷保护和电抗器、电阻器谐波过负荷保护两种。一般而言，电容器的绝缘性能并不是固定不变的，而是随着它的工作电压的变化而变化，而且联系非常紧密。造成电容器的过负荷的原因主要有两个，一是电网电压升高，二是电容元件本身损坏，而且损坏数量比较大，这二者任何一种都有可能使得电容器过负荷，一旦电容器过负荷，那么由于电容器内部工作场强的升高，导致电容器的绝缘性能大大降低，在这种情况下，电容器很容易被击穿。为了防止此现象发生，需要对高端电容器采取过负荷保护的方法来防止电器件被损坏。进而造成资金的浪费。

（2）电抗器、电阻器谐波过负荷保护

交流滤波器由于其工作性质的原因，必须要长时间的流过加大的谐波电流，在谐波电流流动的过程中，电抗器及电阻器长时间工作，产生大量的热，而这些热量不能及时的排除，热量积累到一定程度就会导致元器件的损坏。经调查研究发现，当交流滤波器正常工作时，滤波器流过的谐波电流占比很大，据不完全统计占到了基波电流的25%左右，如此高的占比，会使得电阻器和电抗器大量发热，而且当流过的电流越大时发热越严重。为了很好的解决这一问题，就需要提出相应的保护措施，通常采用的是谐波过负荷保护。谐波过负荷保护通过元件的功率损耗计算与之相应的等效温度，从而确定元件上的热应力继而加以保护。

不管是电容器还是电抗器其取值都对滤波器的调谐频率有着至关重要的影响，而滤波器失谐的主要原因是元件参数变化和电网频率变化。一般情况下，电抗器及电容器允许的制造误差和环境温度变化等都会造成滤波器失调，使得元件的实际运行值与标称值不相符；此外，由于交流系统不稳定，所以导致工作频率会随着用电负荷波动而变动。要想做好滤波器元件的防护工作避免滤波器失谐现象的发生，就要从早期的细小变化入手，对交流滤波器配置失谐监视功能，在三相调谐特性不一致时发出告警信号。这样才能在第一时间发现问题并解决问题。仿真实验也是处理这类问题的一项选择，通过仿真可以看到交流滤波器正常运行时，流过滤波器的零序电流基本为零，而随着电容器相电容值偏离标称值，谐波电流的幅值会随电容值变化，可通过检测滤波器接地侧的零序谐波电流实现，这样可以很好地解决交流滤波器的此类问题，保护好电路。

四、结束语

此文理论结合实际，从交流滤波器的构成与故障类型和交流滤波器故障的保护，主要包括交流滤波器短路故障与保护、电容器损坏故障与电容器不平衡保护以及设备过负荷保护等等几个方面进行了详细的论述，以供参考。

参考文献：

[1]刘辛晔.高压直流输电保护定值整定方法研究[D].华北电力大学,2016.

[2]杨勇.高压直流输电线路保护策略研究[D].华北电力大学,2014.

[3]成敬周.高压交直流互联系统故障分析及相关保护的研究[D].浙江大学,2014.