交流濾波器釋義

在直流輸電系統(tǒng)中，為了濾除直流控制系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波以避免對交流輸電系統(tǒng)帶來不良影響，同時補(bǔ)償直流控制系統(tǒng)消耗的無功功率，在直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須投入一定數(shù)量的交流濾波器（必須滿足交流濾波器組數(shù)最小運(yùn)行方式）。交流濾波器由電容、電抗和電阻串并聯(lián)組成。

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)諧于某個諧波分量，這種諧振作用會帶來諧振過電壓或者過電流，因此需要對該部分電流設(shè)計特殊的保護(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)致流過交流濾波器的電流不斷發(fā)生變化，這對電容器不平衡保護(hù)、過電流保護(hù)、零序過電流保護(hù)都帶來一定的影響。

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，所以對交流濾波器的過負(fù)荷保護(hù)會產(chǎn)生一定的影響。

交流濾波器系統(tǒng)特殊工況帶來的暫態(tài)過程

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程，可能導(dǎo)致交流濾波器流過很大的沖擊電流，有可能在差回路中產(chǎn)生較大的差電流，對差動保護(hù)產(chǎn)生一定的影響。

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，正常情況下由于四組電容器大小相同,中間的橋接線上沒有電流流過，一旦電容器發(fā)生擊穿或者熔絲熔斷等情況之后，橋上就流過了不平衡電流，這樣就檢測電容器是否發(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%，此時由此產(chǎn)生的不平衡電流只有流過整個電容電流的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)場投運(yùn)的交流濾波器保護(hù)的不平衡動作定值一般為幾十毫安到一百多毫安，這就要求保護(hù)裝置必須對不平衡電流有很高的測量精度，而且不平衡保護(hù)在實(shí)現(xiàn)過程中還有以下幾個難點(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)的動作定值為95mA，但是正常情況下就有89mA的不平衡電流流過橋支路，顯然如果不能補(bǔ)償這個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問題，通過深入的理論分析和動模試驗(yàn)，我們采用帶有自動補(bǔ)償方式的穩(wěn)態(tài)不平衡元件和帶有浮動門檻的暫態(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作。

1、帶有自動補(bǔ)償方式的穩(wěn)態(tài)不平衡元件

在實(shí)際投運(yùn)過程中，交流濾波器的四組高端電容器不盡相同，導(dǎo)致了一個固定的不平衡電流存在，而且這個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整個電容器的比例是一定的，這樣就可以利用這個關(guān)系對固有不平衡電流進(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，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，自動的將此時各相不平衡電流和全電容電流的比值和方向記憶下來。

2、帶有浮動門檻電流跟蹤的暫態(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不平衡保護(hù)的影響，需要引入帶有浮動門檻電流跟蹤的暫態(tài)不平衡保護(hù)，該保護(hù)元件可以通過帶有浮動門檻的電流跟蹤元件跟蹤不平衡電流的變化并自動進(jìn)行補(bǔ)償。由于采用了以上兩個不平衡保護(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)過程也不會誤動，使得不平衡保護(hù)的安全性、可靠性與靈敏度同時兼顧。

交流濾波器諧波過負(fù)荷保護(hù)

對于電力系統(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負(fù)荷，因?yàn)檫@些元件中不可能長時間的流過較大諧波電流，但是對于交流濾波器來說，正常情況下流過的諧波電流可能占到基波電流的20%到30%，并且對于電阻和電感元件，頻率越高的電流導(dǎo)致的發(fā)熱更加嚴(yán)重，所以在設(shè)計其過負(fù)荷保護(hù)的時候必須考慮到諧波電流的影響。

交流濾波器差動保護(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)生接地故障后流過的電流一般變化不大，尤其是經(jīng)過過渡電阻接地時，差電流很小，這就要求差動保護(hù)有很高的靈敏度來檢測這些故障。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保護(hù)的制動電流，在區(qū)外故障時它等效于（i_h i_l）/2，保證了較大的制動量，而在區(qū)內(nèi)故障時，它會不同程度的變小，金屬性接地時更是會降為零，保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除。同時裝置中配置了變化量差動保護(hù)，提高了區(qū)內(nèi)經(jīng)過過渡電阻接地時差動保護(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電容組成，這樣電容器損壞之后會產(chǎn)生較大的不平衡電流，采用不平衡電流過流的保護(hù)的靈敏度上一般沒有什么問題，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)時應(yīng)該同時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，正常情況沒有工頻電流流過與其并聯(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)行過程中，串聯(lián)支路的電容承受一定的過電壓，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)檢測與諧振支路并聯(lián)的電阻上流過的工頻電流，其動作方程為：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電阻支路的工頻電流很小，一般一次系統(tǒng)中這個電流也只是毫安級，并且該電阻上還流過大量的諧波電流，需要提取淹沒在諧波中這么微弱的工頻信號對保護(hù)裝置來說存在一定困難，同時濾波器參數(shù)不可能完全達(dá)到設(shè)計要求，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，通過檢測橋上的不平衡電流來判斷電容器是否發(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、失諧檢測功能

交流濾波器中電容電抗或者電阻值發(fā)生變化時可能導(dǎo)致該相失諧，諧波不能通過濾波器，由于不對稱給正常的濾波器帶來過應(yīng)力，所以需要配置失諧檢測功能來檢測濾波器元件早期的細(xì)小變化，該功能通過檢測交流濾波器低端電流的零序電流來實(shí)現(xiàn)。

2、過流和零序過流保護(hù)功能

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

檢測發(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。

利用檢測濾波器元件早期的細(xì)小變化檢測交流濾波器失諧情況的方式。通常作用于信號。

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