特高压江门换流站交流滤波器的现场试验

特高压江门换流站交流滤波器的现场试验
作者：万小春
来源：《华中电力》2013年第10期
摘要：文章对南方电网公司糯扎渡送电广东特高压直流输电工程±800kV江门（侨乡）换流站交流滤波器的配置、性能要求以及交流滤波器的现场试验项目和方法进行了阐述，并着重通过模拟正常工况、电容器单元件击穿短路以及开路情况下滤波器现场试验结果的对比，分析了正常运行及故障工况下对滤波器调谐性能和不平衡电流测试结果的影响。

为交流滤波器设备交接试验、预防性试验规范化以及运行维护提供了一定的技术支撑。

关键词：特高压直流；换流站；交流滤波器；现场试验
引言
与特高压交流相比，特高压直流输电工程不仅具有输电容量大、输电距离长的特点，而且可以实现电力系统的非同步联网，通过对输送功率进行快速灵活的控制，还能有效地阻尼交流系统低频振荡。

基于这些特点，直流特高压工程在电网公司战略目标中占有越来越重要的地位。

直流输电工程中，换流器作为一种非线性有源器件，是换流站内主要的谐波源，在其运行过程中会产生的各种谐波电流通过换流变压器网侧注入交流系统，如果不加以控制，必然会影响交、直流系统的正常运行。

因此必须通过加装滤波器装置来限制谐波的影响。

鉴于特高压直流换流站较常规直流换流站换流器产生的谐波电压更高，谐波含量也更加丰富，这就对特高压直流工程换流站中的滤波器的配置，现场试验以及运行维护提出了更高的要求。

一、交流滤波器配置
1、配置方案设计的主要内容
高压直流系统交流滤波器配置设计主要包括以下几方面：
1）依据系统研究所确定的无功补偿容量，确定交流滤波器分组（支路）数及分组容量；
¬2）计算交流滤波器性能，具体包括计算换流站交流母线各次谐波畸变率、总谐波畸变率及电话谐波波形因数，使其满足要求；
¬3）计算交流滤波器设备稳态定值及暂态定值。

2、性能指标的计算及限值的确定
对于50HZ交流系统，世界上一些主要的工业国家和部分高压直流输电工程普遍使用以下三种谐波指标：
单次谐波电压畸变率
总的谐波电压畸变率
电话谐波波形因数
式中，是所考虑的母线n次谐波相对地电压有效值；是系统基波电压有效值；n为谐波次数；是n*50/800； =n次谐波噪声评价系数/1000。

确定电压畸变限值的一种方法是参照已有的工程。

范围：0.5%～1.5%；对于500kV交流系统，奇次谐波典型值取1%，偶次谐波典型值取0.5%；范围：1%～4%（无典型值）；THFF典型限值为1%。

在依据现有工程的上述经验数值确定畸变限值时，由于没有深入研究，必须对工程进行审查，使限值适用于高压直流系统所连接的交流系统的特性。

3、江门换流站交流滤波器配置方案
二、江门换流站交流滤波器的现场试验
交流滤波器的现场试验包括在全电压带电前进行的设备和分系统试验以及在全电压带电后的系统试验。

江门换流站工程交流滤波器带电后的系统试验工作由南方电网公司科学研究院负责实施完成，具体调试方案在此不予详述。

交流滤波器在全电压带电前进行的设备和分系统试验主要目的是校核安装完成后，各台设备的参数是否跟设计值相符，是否能够正常工作，试验项目主要包括元件电气参数测试、滤波器电容器不平衡电流测试以及滤波器调谐试验等3项试验。

以下主要对江门换流站交流滤波器电容器不平衡电流测试以及滤波器调谐试验等方面的内容进行阐述。

1、滤波器电容器不平衡电流测试
不平衡电流测试是评价滤波电容器正常工作和检测电容器故障的重要指标。

测试时断开电容器与其他电气回路的连接，将交流微安表串入不平衡电流互感器回路，在电容器两端用调压器施加一定的交流电压，测量不平衡电流。

测试完成后将测量的不平衡电流值折算到额定电压的对应值，折算公式如下：
或
式中为额定电压下的不平衡电流；为低电压试验下的不平衡电流；为额定电压下高压电容器的总电流；c为高压电容器等值总电容；f为试验电压的频率（通常为50HZ）；为低压加压试验的电压值；为低压加压试验时电容器的总电流。

以江门换流站工程交流滤波器第一大组第三小组DT11/24高压电容器C1不平衡电流测试为例：
查阅元件参数测试报告所示C1等值总电容值为
A相：2.628uF B相：2.635uF C相：2.639uF
试验数据如下表2所示
表2江门换流站交流滤波器DT11/24 ACF1-3高压电容器不平衡电流测试表
上述测试结果显示滤波器A相高压电容器C1在额定电压下的不平衡电流计算值 =73.8毫安大于设计要求值50毫安。

对于A相高压电容器C1各桥臂电容值重新测量、核算并通过部分电容单元件的调整更换使其各对应桥臂的等效电容值差异尽可能缩小，完成后重新测试不平衡电流结果如下表3所示。

表3江门换流站ACF1-3 DT11/24 A相高压电容器组调整后不平衡电流测试结果
试验结果显示调整后A相高压电容器C1额定电压下的不平衡电流计算值 =32.1毫安小于设计要求值50毫安，满足设计要求。

2、交流滤波器调谐试验
交流滤波器调谐试验的主要目的检测滤波器的谐振频率，考察滤波器的调谐点是否达到设计要求，并根据测试数据调节电抗器电抗值或调配电容器组中的各台电容器改变电容器组总的电容值实现滤波器的调谐。

根据各换流站设计规范书要求，交流滤波器（不含高通滤波器）的调谐频率应保持在25℃下失谐度不超过1%。

江门换流站工程交流滤波器调谐试验方法是根据测试阻抗—频率特性数据采用阻抗幅值法确定调谐点。

即当滤波器回路的阻抗幅值达到最小时滤波器处于最佳调谐状态，此时的试验频率即为调谐点。

以江门换流站工程交流滤波器第二大组第三小组DT13/36 C相调谐试验为例。

根据测得其不同频率下的阻抗幅值，可绘制出滤波器阻抗—频率特性曲线如下图2所示
图2江门换流站ACF2-3 DT13/36 C相阻抗—频率曲线
从图2中可知其两个调谐点分别为f1=651HZ，f2=1789HZ，均在设计频率的±1%以内，满足设计要求。

3、模拟电容器单元件短路及开路故障情况下不平衡电流和调谐特性试验数据分析
运行中，电容器一般发生概率较大的故障情况如下：
单只电容器内部由于制造工艺水平欠缺、设备老化，电容器漏油等原因导致电容器内部绝缘下降从而被击穿；
同一桥臂的电容器出现外部短路现象。

上述两种故障如不能及时切除，将出现“链式效应”而使整个桥臂上的电容故障。

以下通过测试不同故障模拟情况下的不平衡电流以及调谐特性，分析其对试验结果的影响，为运行维护提供原始数据积累。

（1）江门换流站工程交流滤波器DT11/24高压电容器C1单元件电容故障情况下不平衡电流测试结果对比
测试时分别将低压臂一只电容器用试验线短接（实际等效短接了两只39.12uF的电容）模拟击穿短路故障，将低压臂一只电容器连接引线断开模拟一只电容开路故障，各种工况下的不平衡电流测试数据如下表4所示。

表4江门换流站交流滤波器DT11/24 ACF1-3 A相C1不平衡电流测试对比
（2）江门换流站工程交流滤波器DT13/36在单元件电容故障情况下调谐特性测试结果对比
采取与不平衡电流测试相同方法模拟短路及开路故障情况下测试滤波器的调谐特性，其不同工况下阻抗幅值随着频率变化对应的调谐特性曲线对比如图3所示。

图3江门换流站交流滤波器ACF2-3 C相不同工况下的调谐特性曲线对比
（3）试验结果分析
综合以上两种试验的数据，分析得出以下结论：
①交流滤波器高压电容器C1桥臂上出现单只电容短路或开路的故障情况下其低电压下的不平衡电流测试值将急剧增大，相应在运行电压下不平衡电流计算值也将急剧增大，且远大于合格标准50mA。

实际应用中，单只电容短路或开路故障情况下的不平衡电流值将远大于不平衡保护立即跳闸定值，此时不平衡保护动作跳闸切除故障滤波器小组。

④各换流站交流滤波器因其设备参数的差异在进行上述模拟故障情况下的试验时数据变化存在差异，但以下两点结论是存在的：一是桥臂电容单元件故障情况下，测试不平衡电流将急剧增大；二是故障情况下，滤波器在滤除高次谐波的失谐度影响较大且阻抗幅值随频率变化的最大值也将发生显著变化（原因是滤波器支路中影响并联谐振条件的参数发生了改变）。

三、结束语
糯扎渡电站送电广东直流特高压输电工程是南方电网公司建设的国家“十二五”重点工程，工程即将全面投产。

为确保特高压直流工程的如期投产和正常安全运行，现阶段必须对设计、施工、试验、验收、运行等各个环节严格质量技术控制，分析研究工程中遇到的各种实际问题。

本文结合特高压江门换流站工程对特高压换流站交流滤波器的配置进行了简要阐述并重点讨论分析了交流滤波器的现场试验，叙述了现场试验的项目、方法、注意事项等，提出了不同模拟故障情况下对现场试验结果的影响分析。

后续研究工作将通过更多的工程实践详细深入研究交流滤波器的配置选型、参数计算以及滤波器带电系统试验中的谐波性能试验验证。

本文所述内容大都是基础性的实践工作，希望能对特高压换流站工程的施工、现场试验以及运行起到积极作用。

参考文献
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