一起系统谐波放大导致交流滤波器跳闸故障

原因分析及对策

胡欢

超高压输电公司大理局，大理 671000

摘要　针对某±800kV换流站发生的一起交流滤波器跳闸故障，文中通过故障波形分析、谐波潮流分析、保护判据的验证等方法进行原因分析，得出了本次跳闸故障为该时刻系统流入该站谐波电流过大所致，提出了一些抑制谐波的措施及运维建议，以避免此类故障再次发生。

关键词：交流滤波器；谐波；潮流；抑制

Cause Analysis and Countermeasure of AC Filter Trip Fault Caused by System Harmonic Amplification

Hu huan

(DaLi Bureau, EHV Power Transmission Company, Dali 671000)

Abstract　Aiming at a tripping fault of AC filter in a ± 800kV converter station, through the cause analysis of fault waveform analysis, harmonic power flow analysis and verification of protection criterion, it is concluded that the tripping fault is caused by excessive harmonic current flowing into the station at that time. Some harmonic suppression measures and operation and maintenance suggestions are put forward to avoid the recurrence of such faults.

Keywords：AC filter;harmonic;power flow;suppression

某月某日05时27分，某±800kV换流站内500kV 563交流滤波器发生跳闸。本次事故发生时网内系统谐波电流放大，传递至该换流站，交流滤波器R2反时限过负荷保护正确动作，跳开563交流滤波器。本文重点结合故障时录波装置波形和保护判据对本次事故过程及原因进行分析，针对谐波放大问题提出应对措施。

1 故障发生的主要经过

故障时，某±800kV换流站工作站主要故障信息如下：

05时27分43秒039毫秒，第一大组第三小组滤波器保护A/B套报 R2反时限过负荷启动；

05时27分57秒020毫秒，第一大组第三小组滤波器保护A套报 R2反时限过负荷动作 跳开关；

05时27分57秒063毫秒，第一大组第三小组断路器保护报A/B/C三相跳闸出口。

2 事故过程分析

2.1 故障过程分析

500kV 563滤波器小组保护A套R2反时限过负荷保护^[1]采用符合IEC60255-8标准的反时限特性曲线：

式
中： 为动作时间； 为反时限过负荷时间常数，也称散热时间常数； 为反时限过负荷基准电流，也称持续运行电流； 为保护启动前热电流值； 为反时限过负荷动作定值，也称长期过载倍数； 为实时测量全电流有效值。

查阅保护定值单： 为26s， 为0.343A， 为1.1。

在故障前直至跳闸，R2电阻C相电流均最大，因此在后续分析中，默认指R2电阻C相电流。

图1 故障前563滤波器电流

由
图1知，故障前，R2电阻C相电流为0.223A，即 为0.223A。

图2 跳闸前563滤波器电流

由图2知，跳闸前，R2电阻C相电流为0.513A，即 为0.504A。

则
计算的动作时间为：

与保护动作时间14.5s基本一致，考虑到录波软件与装置间的计算误差，认为保护正确动作。

对跳闸波形开展频谱分析，发现故障电流中5次谐波含量较大，占比达1803%，幅值达0.511A（二次值），如图3所示：

图
3 跳闸波形频谱分析

2.2 站近区5次谐波含量较大原因分析

（1）5次谐波传递方向分析

根据05时27分563交流滤波器跳闸时刻故障录波数据，黄坪站向新松站方向注入的5次谐波电流达到201.01A，流过563交流滤波器61A、593交流滤波器18A。通过进一步分析，故障时刻金官站正在开展极2换流变充电，确定5次谐波电流通过金官-->太安-->黄坪-->新松-->托巴等厂站传递过程中逐步放大所致。

图4 故障时刻站近区5次谐波流向图

根据2020年谐波监测结果，本直流在运行时谐波电压总畸变率^[2]为0.47%。图5为12时50分（当天非故障时刻）站近区5次谐波流向图，谐波电压总畸变率仅为0.43%，且黄坪流向新松站方向5次谐波电流仅为13.15A。

图5 非故障时刻站近区5次谐波流向图

对故障时刻本站内流经站用变、滤波器、换流变的5次谐波含量进行分析，统计结果表如下：

表1 故障时刻本站内设备谐波统计表

上述对比分析，反映出05时27分由黄坪方向流入的5次谐波电流过大，563交流滤波器跳闸前交流母线电压发生严重畸变导致。

（2）5次谐波源头分析

对故障时刻5次谐波源头（金官站）内流经站用变、滤波器、换流变的5次谐波含量进行分析，统计结果表如下：

表2 故障时刻金官站站内设备谐波统计表

05时27分35秒848毫秒，金官站根据调度安排对极2换流变进行充电，充电时励磁涌流最大达到1864.466A（C相），其余两相为552.138A（A相）、496.124A（B相）。充电时产生的5次谐波经太安、黄坪变电站流向本站，产生了放大效应。

3 结论及应对措施

本次事件暴露出在现有电网运行方式下，对换流变进行充电时产生的励磁涌流，其5次谐波含量在特定工况下将形成通路并产生放大效应，严重时将影响换流站内设备的安全稳定运行。为避免再次发生类似故障，提出的应对措施如下：

（1）为避免换流变充电时产生较大的5次谐波电流且衰减较慢情况，建议换流变完成检修试验后及时开展三相合闸时间整定；当出现较大的合闸角偏差时，调整三相合闸整定时间，使下次换流变充电时产生反向的剩磁。

（2）结合年度检修，利用消磁仪开展金官站消磁工作，防止充电时产生过大励磁涌流。

（3）加强对设备的运维。现场运行人员利用谐波监视工作站，对站内设备每4小时开展一次谐波数据检查、抄录，并开展多维度数据分析；强化现场值班，当小组滤波器出现谐波热过负荷告警信号时及时汇报调度，避免因谐波过负荷动作造成交流滤波器不可用从而限制直流功率。

参考文献

[1] 徐峰,吕涛,曹继丰.云广直流±800kV交流滤波器的电阻过负荷保护[J].南方电网技术,2011, 005(001):53-

56.

[2] 王妍.电力系统谐波抑制技术与仿真分析[J].电气应用, 2012, 000(018):80-85.

收稿日期：2021-10-05

作者简介

胡欢（1992-）男，湖北人，本科，助理工程师，从事特高压直流运行维护工作。