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摘要：提出一种测量换流站滤波器电容器组不平衡电流的新工艺，能大幅提升滤波器电容器组不平衡电流测试精度，有效排除现场干扰，并能对试验结果进行定量分析，适用于±800kV及以下超高压直流换流站的滤波器电容器组不平衡电流测试。
关键词：滤波器电容器组不平衡电流；工频法；高频法。
1．概述
目前在国内换流站施工现场进行滤波器不平衡电流测试，均使用厂家提供的低压工频法来测量“H桥”电容器组不平衡电流，由于交/直流滤波器其所在区域电磁环境复杂，抗干扰能力弱，无法对设备的不平衡度进行定量分析，测试误差较大，在投运过程中或多或少的出现过因实际不平衡电流超过设计值发生不平衡电流保护装置报警甚至跳闸导致投运失败的现象。
此文结合昭通换流站、金官换流站、富宁换流站实际施工调试经验，提出一种不平衡电流测量的新思路，经以上工程证明，该方法能有效排除现场空间电荷（杂散电容）干扰，提高测试精度，对试验结果可进行更为准确的判断，消除滤波器电容器组不平衡电流测试不准确、存在超标的隐患，应用该试验方法调整的上述换流站滤波器组均100%顺利投运。
2．低压工频法
2.1低压工频法试验原理
目前厂家在施工现场对换流站滤波器不平衡电流测试采取的试验方法：在交流滤波电容器组的高压侧上施加400V左右的交流电压，在试验总回路中串联一只测量总电流IC的毫安表，在不平衡回路中串联一只测量不平衡电流Ibph的微安表（图2.1.1）。
不平衡度Kbph是用来表示“H桥”电容不平衡度的指标，Kbph值越大，则不平衡度越大，如果桥臂上的电容值相等，则Kbph=0。不平衡度Kbph计算公式如下所示：
上式中：
Kbph：“H桥”电容器组的不平衡度矢量；
Ibph：“H桥”电容器组桥臂间的不平衡电流；
IC：工频法试验回路中的总电流；
现场低压加压试验下换算到正常运行电压下的不平衡电流I的公式为：
上式中：
I：换算到正常运行电压下的不平衡电流；
IC：工频法试验回路中的总电流；
Ibph：“H桥”电容器组桥臂间的不平衡电流；
C：电容器组的总额定电容；
U：电容器组的运行电压
f：电容器组的额定频率（50Hz）；
IN：保护计算用电流。
现场电容器组初始不平衡电流要求值按不平衡电流报警值的最大允许值推算出。通过测试电容器组桥间的不平衡电流值Ibph，来校正不平衡电流值Ibph不能大于报警整定值的最大允许值，达到确保不平衡保护很少的误动，从而保证电容器组能正常运行，同时也进一步验证电容器组桥臂间的电容配平情况。
表2.2.1中A相滤波器不平衡电流超标，经过对桥臂电容的反复测量，认定现场第一大组DT 11/24交流滤波器电容器组是桥臂间是平衡的，其原因是低压工频法抗干扰能力弱，测试电压低导致测试精度不能达到要求，测量误差被放大，测试值不能反映真实偏差。
2.3低压工频法误差分析
原因分析：流过单只电容器的电流有纯容性电流、有放电电阻的阻性电流、有绝缘介质的泄漏电流。放大到整个高压电容塔，有线间的杂散电流，有感应电的干扰电流（在没有感应电的环境可以排除）。所以试验电压越高，现场干扰对不平衡电流测试造成的影响越可以忽略不计。理想状况下，需对滤波器电容器组施加一个实际运行电压，才能直观的反映出滤波器电容器组不平衡电流的实际值，但现场不具备这样的试验条件。
根据以往的施工调试经验，结合现场实际情况，用10kV PT代替传统的400V变压器，是一个兼具适用性、经济性的方法。10kV PT体积不大，灵巧轻便，在换流站能满足多样化的试验需求，在大幅提高试验电压、有效提高测试精度的同时，也具有操作过程易于掌握和便于推广的特点。
以±500kV 金官换流站第一大组561 DT 11/24交流滤波器为例，在该组交流滤波器中，电容器单元的额定电压为8.28kV，低压工频法测试电压为400V，电容器组外部串联为56串，每只电容器分到的电压仅为7.1V，低压工频法的测试电压和实际运行电压差约8.28*1000/7.1≈1000倍，测试结果与实际运行情况差距较大。如把工频电压从400V提高到10kV的工频电压进行测试，每只电容器分到的电压为低压工频法分到电压的25倍，大大降低了现场微安表所需的精度要求。这样就能在没有增加试验成本和技术难度的基础上，有效提高试验精度。
3．10kV工频法
3.3试验结果分析
通过大幅提高试验电压，降低现场干扰对试验结果的影响比例，是一种行之有效的工艺改良。改良后的工频法测试电压较高，与传统方法相比，更接近滤波器实际运行工况。但是工频法具有抗干扰能力弱的缺点，特别是在运行换流站对滤波器组进行检修的过程中，当现场干扰源与试验电源同向或者反向时，更容易受到干扰源的影响。
高频法利用高频率和不同频率段间的差异性，能够有效排除现场干扰。是一种操作简单、安全的模拟不平衡电流测试方法，只需通过简单的测试无需复杂计算就可以量化不平衡电流的不平衡度。所以引入高频法作为对照组，利用高频法抗干扰能力强的特性，对10kV工频法的试验结果进行验证。
4．高频法
4.1高频法试验原理
高频法所用仪器是PF3000型电力滤波器特性测试仪。该设备能对被试“H桥”电容器组施加一个最大输出60V、频率可调的电压（频率范围5～3000Hz），再通过电流信号线采得不平衡电流Ibph，仪器不平衡电流测试原理见图4.1.1。
同工频法，高频法把不平衡电流Ibph以及不平衡矢度Kbph作为判断滤波器“H桥”电容器组平衡与否的标准：通过滤波器调谐特性测试仪测量电容器组桥间的不平衡电流值Ibph，观察不平衡电流值Ibph是否大于报警整定值的最大允许值。如果不平衡电流超标，再依据电容器厂家给定的不平衡电流报警整定值调平策略，进行现场调平。
根据电容器厂家提供的标准，561 DT 11/24滤波器组的不平衡电流比值应该有Kbph≤0.012方为合格（Kbph=Ibph*100%/IC）。表4.2.1可知，在使用高频法测试561 A相滤波器不平衡电流后，不平衡度K＜0.012，符合厂家提供的标准，高频法对561 A相滤波器测试通过。金官换流站第一大组561 DT 11/24交流滤波器不平衡电流测试，改良工频法及高频法不平衡电流测试均通过，测试人员认定现场第一大组DT 11/24交流滤波器电容器组桥臂间不平衡电流在最大允许值范围内，具备投产和运行的条件。
4.3 高频法和工频法优缺点分析
通过该实例可以看出，在电磁环境复杂的交/直流滤波器区域进行不平衡电流测试时，传统低压工频法受限于测试精度及现场干扰，在实际工程中只能起到定性而不能起到定量的作用，定性方面主要可以测出有无电容器单元虚接、有无电容器单元开路、桥臂内的接线是否正确等不平衡电流较大的情况；定量方面，根据以往的经验来看，效果并不理想。
改良后的工频法测试电压较高，与传统方法相比，更接近滤波器实际运行工况，但是工频法具有抗干扰能力弱的缺点。而高频法利用高频率和频率段间的差异性，能够有效排除现场干扰，然而高频法的输出电压低，远低于实际运行电压，对实际运行情况仿真程度较低。
该工艺先在传统工频法的基础上提高试验电压，降低现场干扰源的影响比重；提高单只电容器试验电压，提高了测试精度。在此基础上上，引入高频法作为对照组，利用高频法频率高抗干扰能力强，并且频率可调，用不同频率段间的差异性，排除现场的工频及其他干扰。两种施工工艺相结合，优势互补，对试验结果进行综合分析比较，才能对现场滤波器电容器组的不平衡电流进行定量分析，得出准确结论。
5．结语
交/直流滤波器中的电容器组不平衡电流保护动作跳闸故障次数，占该类设备总故障次数的90%以上。在新建换流站一次设备交接试验中，准确测量交/直流滤波器电容器组不平衡电流，针对不平衡电流超标的电容器组提供调平策略，对直流换流站的安全投产及稳定运行具有重要意义。
该方法在现场采用高频法与工频法相结合的施工工艺，两种方法优势互补，同时该方法设备轻便、运输简单、操作过程易于掌握。经金官换流站、富宁换流站、昭通换流站验证，上述三个换流站的交/直流滤波器组均如期投产，投产合格率100%，并在后续运行期间未产生滤波器电容器组不平衡电流保护动作跳闸，故障率0%，该方法是一种换流站滤波器不平衡电流测试的新思路。
参考文献：
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[3] 吴鹏，摆亲，刘志远，等. 换流站高压电容器不平衡电流离线测试方法[J]. 电力系统自动化，2014，38（10）：132-135.
论文作者:周新立,杨猛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/17
标签：不平衡论文; 电流论文; 电容器论文; 滤波器论文; 测试论文; 电压论文; 现场论文; 《电力设备》2017年第32期论文;