交流濾波器保護(hù)出處

《電力名詞》第三版。 2100433B

檢測(cè)發(fā)生于交流濾波器小組的各種故障并發(fā)出相應(yīng)的指令和動(dòng)作,以保護(hù)交流濾波器小組設(shè)備安全和避免損失擴(kuò)大的技術(shù)措施。

交流濾波器電容器不平衡保護(hù)

交流濾波器中的最重要組成部分是高端的電容器，它承受了大部分的母線電壓，容易在電容器損壞后發(fā)生雪崩，造成爆炸。為了有效的保護(hù)這些電容器，現(xiàn)場(chǎng)一般把電容器分成四組大小相同的部分，用H型接線連接起來(lái)，正常情況下由于四組電容器大小相同,中間的橋接線上沒(méi)有電流流過(guò)，一旦電容器發(fā)生擊穿或者熔絲熔斷等情況之后，橋上就流過(guò)了不平衡電流，這樣就檢測(cè)電容器是否發(fā)生故障。假設(shè)一次系統(tǒng)的電容器損壞之后電容變化了1%，此時(shí)由此產(chǎn)生的不平衡電流只有流過(guò)整個(gè)電容電流的0.25%，所以可以看出電容損壞之后產(chǎn)生的不平衡電流很小，現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的交流濾波器保護(hù)的不平衡動(dòng)作定值一般為幾十毫安到一百多毫安，這就要求保護(hù)裝置必須對(duì)不平衡電流有很高的測(cè)量精度，而且不平衡保護(hù)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中還有以下幾個(gè)難點(diǎn)需要解決：

1）正常投運(yùn)的交流濾波器中的四組高端電容器不可能完全相同，導(dǎo)致正常情況下可能有較大的不平衡電流流過(guò)橋支路，以葛洲壩換流站的低通交流濾波器為例，其高端不平衡保護(hù)的動(dòng)作定值為95mA，但是正常情況下就有89mA的不平衡電流流過(guò)橋支路，顯然如果不能補(bǔ)償這個(gè)正常情況下的不平衡電流,高端不平衡保護(hù)將基本不能實(shí)現(xiàn)。

2）母線電壓隨著系統(tǒng)的運(yùn)行方式和投入交流濾波器的數(shù)量發(fā)生變化，導(dǎo)致流過(guò)橋支路的不平衡電流隨之發(fā)生變化，這將影響電容器不平衡保護(hù)的靈敏度。

3）電容器的電容值受到很多外部環(huán)境參數(shù)的影響，例如溫度變化等。為了很好的解決以上幾個(gè)問(wèn)題，通過(guò)深入的理論分析和動(dòng)模試驗(yàn)，我們采用帶有自動(dòng)補(bǔ)償方式的穩(wěn)態(tài)不平衡元件和帶有浮動(dòng)門(mén)檻的暫態(tài)不平衡元件共同構(gòu)成交流濾波器的電容器不平衡保護(hù)，它既能提高不平衡保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，又能保證在各種復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行方式情況下不誤動(dòng)作。

1、帶有自動(dòng)補(bǔ)償方式的穩(wěn)態(tài)不平衡元件

在實(shí)際投運(yùn)過(guò)程中，交流濾波器的四組高端電容器不盡相同，導(dǎo)致了一個(gè)固定的不平衡電流存在，而且這個(gè)不平衡電流還隨著母線電壓的變化而變化，但是該不平衡電流和流過(guò)整個(gè)電容器的比例是一定的，這樣就可以利用這個(gè)關(guān)系對(duì)固有不平衡電流進(jìn)行補(bǔ)償：在更換交流濾波器的高端電容器之后的第一次投運(yùn)時(shí)，由運(yùn)行人員在保護(hù)裝置的面板上觸發(fā)一次鎖存初始化不平衡保護(hù)參數(shù)的命令，裝置接受到該命令之后，自動(dòng)的將此時(shí)各相不平衡電流和全電容電流的比值和方向記憶下來(lái)。

2、帶有浮動(dòng)門(mén)檻電流跟蹤的暫態(tài)不平衡保護(hù)

電容器的參數(shù)在外界環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化的情況下（如溫度等）會(huì)發(fā)生緩慢的變化而產(chǎn)生一定的不平衡電流，為了消除這種不平衡電流對(duì)不平衡保護(hù)的影響，需要引入帶有浮動(dòng)門(mén)檻電流跟蹤的暫態(tài)不平衡保護(hù)，該保護(hù)元件可以通過(guò)帶有浮動(dòng)門(mén)檻的電流跟蹤元件跟蹤不平衡電流的變化并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。由于采用了以上兩個(gè)不平衡保護(hù)原理大大的提高了不平衡保護(hù)的靈敏度，而且不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，在區(qū)內(nèi)區(qū)外發(fā)生故障之后電容放電引起暫態(tài)過(guò)程也不會(huì)誤動(dòng)，使得不平衡保護(hù)的安全性、可靠性與靈敏度同時(shí)兼顧。

交流濾波器諧波過(guò)負(fù)荷保護(hù)

對(duì)于電力系統(tǒng)的其他元件（如變壓器，發(fā)電機(jī)，電抗器等），一般只考慮工頻電流引起的過(guò)負(fù)荷，因?yàn)檫@些元件中不可能長(zhǎng)時(shí)間的流過(guò)較大諧波電流，但是對(duì)于交流濾波器來(lái)說(shuō)，正常情況下流過(guò)的諧波電流可能占到基波電流的20%到30%，并且對(duì)于電阻和電感元件，頻率越高的電流導(dǎo)致的發(fā)熱更加嚴(yán)重，所以在設(shè)計(jì)其過(guò)負(fù)荷保護(hù)的時(shí)候必須考慮到諧波電流的影響。

交流濾波器差動(dòng)保護(hù)

交流濾波器由電容電抗和電阻元件串并聯(lián)形成，導(dǎo)致其在內(nèi)部發(fā)生接地故障后流過(guò)的電流一般變化不大，尤其是經(jīng)過(guò)過(guò)渡電阻接地時(shí)，差電流很小，這就要求差動(dòng)保護(hù)有很高的靈敏度來(lái)檢測(cè)這些故障。為了提高靈敏度,我們選擇交流濾波器的低端電流作為差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)電流，在區(qū)外故障時(shí)它等效于（i_h i_l）/2，保證了較大的制動(dòng)量，而在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，它會(huì)不同程度的變小，金屬性接地時(shí)更是會(huì)降為零，保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除。同時(shí)裝置中配置了變化量差動(dòng)保護(hù)，提高了區(qū)內(nèi)經(jīng)過(guò)過(guò)渡電阻接地時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。

交流濾波器考慮全電流特性的低端電容器不平衡保護(hù)

H12/24型交流濾波器的低端電容也被連接成H型接線形式，同樣配置了電容器不平衡保護(hù)。由于這些電容器的安裝位置接近大地，損壞的可能性比較小，這種連接方式中一般只由四個(gè)電容組成，這樣電容器損壞之后會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流，采用不平衡電流過(guò)流的保護(hù)的靈敏度上一般沒(méi)有什么問(wèn)題，但是有一點(diǎn)值得注意的是由于交流濾波器本身阻抗分配的關(guān)系，正常情況下和故障情況下流過(guò)低端電容器的電流中主要是特征諧波分量，基波分量很小，所以在實(shí)現(xiàn)低端不平衡保護(hù)時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮基波電流和諧波電流的大小。

交流濾波器低端電容器保護(hù)

對(duì)于濾除3次諧波的HP3型交流濾波器，低端的電容和電抗諧振于50Hz的工頻分量，正常情況沒(méi)有工頻電流流過(guò)與其并聯(lián)的電阻支路。由于串聯(lián)諧振屬于電壓諧振，導(dǎo)致正常運(yùn)行過(guò)程中，串聯(lián)支路的電容承受一定的過(guò)電壓，容易導(dǎo)致電容器損壞，為了防止這種情況，需要配置低端電容器保護(hù)，該保護(hù)檢測(cè)與諧振支路并聯(lián)的電阻上流過(guò)的工頻電流，其動(dòng)作方程為：i_r>i_set。

值得注意的是基于這種原理的低端電容器保護(hù)靈敏度比較低，原因是由于濾波器本身的阻抗分配關(guān)系導(dǎo)致電容器損壞之后流過(guò)電阻支路的工頻電流很小，一般一次系統(tǒng)中這個(gè)電流也只是毫安級(jí)，并且該電阻上還流過(guò)大量的諧波電流，需要提取淹沒(méi)在諧波中這么微弱的工頻信號(hào)對(duì)保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)存在一定困難，同時(shí)濾波器參數(shù)不可能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或者在電力系統(tǒng)頻率發(fā)生細(xì)微變化的情況下，導(dǎo)致諧振回路失諧，正常情況下就有工頻電流流過(guò)電阻支路，降低了保護(hù)的靈敏度。為此靈寶換流站中的HP3濾波器的低端電容器采用了和高端電容器同樣的H型接線，通過(guò)檢測(cè)橋上的不平衡電流來(lái)判斷電容器是否發(fā)生故障，保護(hù)的原理也采用了高端不平衡保護(hù)的保護(hù)原理。

交流濾波器其他保護(hù)配置

1、失諧檢測(cè)功能

交流濾波器中電容電抗或者電阻值發(fā)生變化時(shí)可能導(dǎo)致該相失諧，諧波不能通過(guò)濾波器，由于不對(duì)稱(chēng)給正常的濾波器帶來(lái)過(guò)應(yīng)力，所以需要配置失諧檢測(cè)功能來(lái)檢測(cè)濾波器元件早期的細(xì)小變化，該功能通過(guò)檢測(cè)交流濾波器低端電流的零序電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、過(guò)流和零序過(guò)流保護(hù)功能

為了防止交流濾波器過(guò)電流損壞可以配置過(guò)電流保護(hù)和零序過(guò)流保護(hù)，零序過(guò)流保護(hù)還可以用來(lái)保護(hù)交流濾波器低壓端的接地故障和各相的開(kāi)路故障。2100433B

交流濾波器連接方式多樣化

交流濾波器由電阻、電抗和電容串并聯(lián)組成，為了達(dá)到濾除諧波的目的，其中部分電路可能要調(diào)諧于某個(gè)諧波分量，這種諧振作用會(huì)帶來(lái)諧振過(guò)電壓或者過(guò)電流，因此需要對(duì)該部分電流設(shè)計(jì)特殊的保護(hù)，導(dǎo)致了不同的交流濾波器的保護(hù)配置不盡相同。

交流濾波器母線電壓波動(dòng)大

交流濾波器母線電壓隨著投入交流濾波器和并聯(lián)電抗器的數(shù)量發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致流過(guò)交流濾波器的電流不斷發(fā)生變化，這對(duì)電容器不平衡保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、零序過(guò)電流保護(hù)都帶來(lái)一定的影響。

交流濾波器諧波電流

正常情況下交流濾波器中流過(guò)了較大的各次諧波電流，而且隨著直流系統(tǒng)的運(yùn)行工況的變化,這些諧波電流的大小和頻率都發(fā)生變化，由于諧波電流的發(fā)熱能力一般比基波要大一些，所以對(duì)交流濾波器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

交流濾波器系統(tǒng)特殊工況帶來(lái)的暫態(tài)過(guò)程

直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)的各種特殊工況可能導(dǎo)致交流濾波器母線電壓發(fā)生突變，由于交流濾波器中的大量電容器件的充放電過(guò)程，可能導(dǎo)致交流濾波器流過(guò)很大的沖擊電流，有可能在差回路中產(chǎn)生較大的差電流，對(duì)差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生一定的影響。

以交流濾波器或并聯(lián)電容器電壓或電流作為動(dòng)作判據(jù),防止交流濾波器(含并聯(lián)電容器)因過(guò)負(fù)荷而損壞的保護(hù)。