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摘要：结合±500kV富宁换流站出现了因交流滤波器电容器不平衡保护动作而导致交流滤波器跳闸的情况。本文研究了交流滤波器电容器的接线方式及不平衡保护动作的原因，并对此次交流滤波器跳闸的根本原因进行查找和试验分析情况进行总结分析。
关键词：交流滤波器；不平衡保护动作；电容器故障
引言
为什么换流站内都有交流滤波器？交流滤波器具有补偿直流控制系统消耗的无功功率和滤除直流控制系统产生的谐波以避免对交流输电系统带来不良影响的作用，在直流系统运行过程中交流滤波器扮演着非常重要的角色。而大家是否清楚交流滤波器是通过什么原理工作的呢？每个交流滤波器小组里都包含电容器、电抗器和电阻器等，通过不同的方式进行组合在一起。为了达到滤除谐波的目的，其中部分电路可能要调谐于某个谐波分量，这种谐振作用会带来谐振过电压或者过电流，因此需要对该部分电流设计特殊的保护，导致了不同的交流滤波器的保护配置不尽相同。交流滤波器的一个重要保护就是电容器不平衡保护，不平衡保护的原理就是在电容器发生击穿或熔丝熔断等故障时，由于平衡CT检测到有不平衡电流产生而及时切除有故障的交流滤波器小组。针对±500kV富宁换流站交流滤波器电容器不平衡保护动作而导致设备跳闸情况，本文讲述了站内交流滤波器的配置方式，并对此次交流滤波器跳闸的原因进行分析总结。
1、交流滤波器配置
±500kV富宁换流站配置四个大组交流滤波器，而每个大组内又包含4个交流滤波器小组，共16个交流滤波器小组。每小组提供额定无功110Mvar，总共可提供的无功功率为1760Mvar。交流滤波器小组有自动和手动控制两种模式，正常时一般采用自动模式进行投切，投切时受交流母线电压、谐波和所需无功等因素影响。最小滤波器组数为1A+1B。正常运行时交流滤波器均处于“自动热备用”状态并可自行投退，投退原则按优先级由高至低顺序为：保持交流母线电压在规定范围之内；最小滤波器组配置为（1A+1B）；本站交流滤波器组分三种类型：（1）双调谐滤波器 DT 11/24（A 型），共 6 组；（2）三调谐滤波器 TT 3/13/36（B 型），共 6 组；（3）并联电容器 Shunt C（C 型），共 4 组。
2、电容器不平衡保护
电容器不平衡保护主要用于切除电容器内部故障。每个交流滤波器的高压电容塔承受了大部分的母线电压，最容易发生故障，严重时会因发生雪崩故障导致电容器爆炸的情况。电容器一般分为4个大桥臂，连接成H型。电容器无故障时，电容器的平衡CT上无电流流过，当电容器发生故障时，会产生不平衡电流。
3、电容器不平衡保护跳闸分析
3.1 故障情况
05月13日20时53分57秒499毫秒，500kV 572交流滤波器572开关A、B、C相跳闸；500kV 572交流滤波器主一保护C1比值不平衡3段动作、500kV 572交流滤波器主二保护C1比值不平衡3段动作；故障录波测距：区外，故障相别：无。
（1）500kV 572交流滤波器主一保护装置（SDZ-101A）信号
起动时间：2017年05月13日20时53分57秒503毫秒
00501ms C1比值不平衡3段动作
故障类型 无
故障测距结果 区外
故障相电流 0.503A
（2）500kV 572交流滤波器主二保护装置（SDZ-101A）信号
起动时间：2017年05月13日20时53分57秒501毫秒
00501ms C1比值不平衡3段动作
故障类型 无
故障测距结果 区外
故障相电流 0.502A
3.2 故障检查
现场对500kV 572交流滤波器572开关间隔一次设备全面检查，交流滤波器小室检查故障录波等信息，经检查保护装置无问题，调取数据发现为ACF12小组交流滤波器C相故障。经与总调申请停电检修后对ACF12小组交流滤波器C相检查C1C2、C3电容器及其绝缘子检查未发现异常。后续对C1电容器组进行电容量测试，试验数据如表1：
对ACF12小组交流滤波器C相电容C1四个桥臂电容测试，桥臂间电容量偏差不明显。故后续又开展C1电容塔单只电容测量，发现C1单只电容器第三层L3电容器电容值为57.73uF，铭牌值为43.61uF。
3.3 故障分析
本站ACF12小组交流滤波器为三调谐滤波器 TT 3/13/36（B 型）。该型号交流滤波器C1电容塔上桥臂（左右桥臂）共84只电容器，下桥臂（左右桥臂）共60只电容器。C1电容塔接线结构如图1所示：
图1 C1电容塔结构 图2 单只电容器内部结构
开展C1电容塔单只电容测量，发现C1单只电容器第三层L3电容器电容值为57.73uF，铭牌值为43.61uF。该电容器为合容电气股份有限公司的产品，其型号为：AAM6.17-521.1-1W，4串17并，内部结构如图2所示：
针对故障电容器电容测量值高于铭牌值的情况，对电容值增大的原因进行了分析，电容器在低电压下某一串段元件击穿，内熔丝未熔断，则该电容器元件所在串联段短路，电容器串联数变为4-1串，即4串变为3串。电容器的电容量增大为原来的4/（4-1）=1.33倍，而该只故障电容器出厂电容值为43.61uF，因此故障后的电容会变为43.61X4/3=58.147uF左右，趋近于实际测试值。
当单只电容器电容值增大后，电容器单元电容量由43.61uF增大到58.147uF，大约增大33%。该只故障电容器所在位置为C1电容塔的下桥臂，L侧下桥臂有30只电容器，下桥臂电容器无故障时电容量应该为43.61/30=1.454uF，而当故障电容器电容量增大后，故障桥臂电容变为：1/（1/（43.61/29）+（1/58.147））=1.466uF，因此L侧下桥臂总电容量增大了0.83%，这个值基本不会影响其它串联段的电压分配。
3.4 故障处理
将该只电容器更换为试验合格且电容值一致的备品电容器，并对更换后的ACF12小组交流滤波器C相电容C1四个桥臂电容进行测量，C1上桥臂两臂间电容量偏差为0.1%，C1下桥臂两臂间电容量偏差为0.14%。根据电力设备检修试验规程要求相同两臂间电容量偏差≤±0.5%，试验数据满足规程要求。
申请复电后，将ACF12小组交流滤波器转为运行，交流滤波器运行正常，C1不平衡电流A相为15.5mA，B相为20mA，C相为22mA，均小于30mA，在合格范围内。
4、结语
我们在对电容器不平衡保护跳闸原因分析时，电容器不平衡保护动作跳闸后，要先对故障录波情况进行分析，结合历史跳闸情况进行比对分析，判断保护动作是否正确，从而快速的判断故障原因和位置。当电容器内部元件击穿，内熔丝熔断时，电容器内部并联元件数量减少，故障电容器的电容量会减小；而当电容器内部元件击穿，内熔丝未熔断时，电容器内部故障串联元件被短路，内部故障串联数量将减少，则故障电容器的电容量会增大；因此在电容器故障分析过程中，我们要从多方面进行分析，单只电容器内部故障，元件击穿可能会导致单只电容量增大，也可能导致电容量减小。
参考文献：
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论文作者:申国标,陈浩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
标签：滤波器论文; 电容器论文; 故障论文; 电容论文; 不平衡论文; 电容量论文; 动作论文; 《电力设备》2019年第13期论文;