（1.国家电网国际发展有限公司 北京 100000；
2.国家电网上海市电力公司特高压换流站分公司 上海 201413）
摘要：换流站小组交流滤波器投入时，由于不可能准确在电压过零点时刻合闸，会对系统造成不同程度的暂态冲击，引起避雷器的频繁动作、老化。通过现场监测、录波分析、PSCAD仿真等手段对交流滤波器用避雷器频繁动作原因进行分析。结果表明，实际工程中避雷器频繁动作是由于滤波器合闸时刻与过零点偏差较大所致。某小组交流滤波器的合闸冲击会导致本小组避雷器动作，同时引起同类型其他组避雷器动作，过电压的大小随合闸偏离角度及直流输送功率的变化而变化。
关键词：交流滤波器；避雷器；频繁动作；PSCAD；过电压
1前言
高压直流输电系统的换流器在运行时会消耗大量的无功功率，还会在交流侧和直流侧产生大量谐波。为了补偿无功功率及滤除交流侧谐波，需装设相应容量的交流滤波器。交流滤波器随直流功率的变化不断投切，需承受频繁的过电压，因此对交流滤波器用避雷器的产品质量提出较高要求。交流滤波器是高压直流输电系统的重要组成部分之一。高压直流输电系统的换流器在运行时会消耗大量的无功功率，同时在交、直流侧产生大量谐波。为了补偿无功功率以及滤除交流侧谐波，需要装设相应容量的交流滤波器。交流滤波器需要随着直流功率的变化频繁的投入和切除，当全同相，将会在回路中产生合闸涌流，对系统造成冲击。为了使交流滤波器在各种工况下都能安全运行，工程中一般合理配置金属氧化物避雷器对过电压进行限制，满足绝缘配合要求。避雷器为在线工作，长期受运行电压、操作过电压以及环境因素的影响会出现老化现象，避雷器频繁动作更会加速避雷器的老化。
2避雷器动作原因分析
2．1避雷器动作监测
为查明避雷器动作频繁原因，检修人员设置高清摄像机对避雷器的运行情况进行监视。监视结果表明避雷器动作与小组交流滤波器合闸有关。以某直流功率调整阶段监视情况进行说明。系统无功控制要求依次投入552（B型）、553（C型）、551（C型）、595（C型）小组交流滤波器。监视结果见表2所示。其中“0”表示避雷器不动作，“1”表示表示避雷器动作，“－”表示该组滤波器尚未投运。由观测结果可知，滤波器投入可能引起自身避雷器动作，C型滤波器投入时冲击会造成其他C型滤波器用避雷器动作。
2．2录波分析
交流滤波器投入时因电容器上电压与母线电压不会完全同相，将会在回路中产生合闸涌流，对系统造成冲击。为减小合闸时的冲击，交流滤波器开关均装设了选相合闸装置，通过断路器分相操作，使三相均在电压过零点附近合闸，产生的暂态冲击最小。由于交流滤波器在投入时因预计穿、合闸分散性、选相合闸装置误差等原因不可能在电压过零点准确合闸，其偏离零点角度的大小决定了对系统和设备的冲击。从西站交流滤波器开关都配置有某智能科技公司SID－3YL型选相合闸装置。以584小组交流滤波器为例，对小组交流滤波器投入过程进行分析。从三相合闸的时间点可以看出，各相开关均未在电压过零点附近合闸。A、B、C三相实际合闸时间分别为57．5ms、58．9ms、58．0ms，装置定值为61．9ms、62．1ms、59．8ms，三相偏差为4．4ms、3．2ms、1．8ms，电流峰值是正常值7倍左右。从西换流站全站22小组交流滤波器开关选相合闸装置在投运时已做好调校，但在运行3年之后均出现了实际合闸时间与合闸定值发生偏移的现象。
3PSCAD仿真分析
为与实际观测结果形成相互验证，对直流输电系统进行全系统仿真。
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3．1建立模型
建立换流站PSCAD全系统1：1仿真模型，设备参数均按实际工程选取。考虑到研究对象为避雷器的过电压水平，交流电网等效为无穷大系统，并且不考虑直流输电控制系统分层结构的主控制层。极控制层采用CIGＲE推荐控制方式，系统升压大概在0．3s达到稳定值，因此设定滤波器的投入操作大概在0．4s，结合合闸后的暂态过程时长，设置总仿真时长为1．0s。
3．2仿真结果
3．2．1最恶劣工况
参考相关交流滤波器的投入策略可知，在双极全压运行方式下，故障最为严重的工况为：无功控制要求合上最后一组C型滤波器，且超前电压过零点90°合闸。仿真结果以571小组交流滤波器投入进行说明，在投入瞬间A型和B型滤波器电流幅值变化不大，C型滤波器（571及其他C型）均有过电流出现且波形产生震荡，其中571滤波器电流幅值变化较大，并以572为例说明其他C型小组滤波器情况。在571滤波器投入瞬间，571避雷器瞬态电压幅值最大为110kV，572小组避雷器瞬态电压幅值最大为101kV，电压超过了该型避雷器参考电压81kV，避雷器将会动作。需要说明的是，当避雷器电压超过其参考电压后电流将呈指数增长，故本文以参考电压为标准判断避雷器是否动作。
3．2．2不同合闸相位对避雷器过电压影响
不同的合闸相位可能会影响到合闸过电压水平，以571小组A相为例，合闸相位在0～90°以内，随着合闸相角的增大，571和572小组避雷器的电压幅值也逐渐增大，但本小组避雷器幅值增加更明显，且当合闸相角偏离超过12°时避雷器将会动作，当合闸相角偏离超过18°时其他在运C型滤波器用避雷器将会动作。
3．2．3直流功率变化的影响
传输的直流功率越高，需要的滤波器组数越多，考虑直流功率由4000MW变化到6250MW，对应滤波器投入组数为：A型B型全部投入，C型滤波器在运组数从1组增加到6组的情况下，571小组滤波器超前90°投入时避雷器的各项指标情况。在运行功率从4000MW变化到6250MW的过程中，投入一组C型滤波器后的1ms内，所有C型滤波器避雷器都会动作，这也与实际观测相符。随着功率等级的逐步提升，从电压角度来看，除了571小组避雷器的暂态电压峰值一直稳定在110．9kV，其它组避雷器暂态电压峰值逐渐下降；从能量的角度，571避雷器吸收能量逐渐增多，其它组避雷器吸收能量逐渐下降。
4运行维护措施
（1）加强产品监造和质量检验，减少因厂家在交流滤波器用避雷器装配过程中未严格按照工艺要求进行瓷件端面密封圈生产和紧固而导致的避雷器密封不良情况。（２）加强对交流滤波器用避雷器的巡视监视，做好避雷器带电监测和放电计数器动作次数记录，及时监测泄漏电流的变化趋势，做好基础数据积累和分析。（３）按照交流滤波器用避雷器内部多柱并联的柱数Ｎ开展直流ＮｍＡ下电压ＵＮｍＡ和泄漏电流测试，准确反映和评价交流滤波器用避雷器设备状态。
5结语
通过对某±８００ｋＶ特高压换流站交流滤波器故障避雷器试验数据和解体情况的分析，得出导致该避雷器故障的主要原因，并提出后续具体运维措施，为该类交流滤波器用避雷器设备的运维提供指导和借鉴。
参考文献：
[1]浙江大学直流输电科研组．直流输电［M］．北京：中国电力出版社，1985．
[2]刘振亚．特高压电网［M］．北京：中国经济出版社，2005．
[3]马为民，聂定珍，曹燕明．向家坝－上海±800kV特高压直流工程中的关键技术方案［J］．电网技术，2007，31（11）：1－5．
[4]马为民．灵宝交流滤波器暂态额定值计算［J］．高电压技术，2005，31（4）：52－53．
论文作者:张帆1,吕金伟2
论文发表刊物:《河南电力》2019年3期
论文发表时间:2019/10/11
标签：避雷器论文; 滤波器论文; 电压论文; 过电压论文; 动作论文; 小组论文; 功率论文; 《河南电力》2019年3期论文;