关于特高压换流站直流滤波电容器故障分析研究

关于特高压换流站直流滤波电容器故障分析研究
随着国民经济稳定持续增长，电力需求明显日益提高，电力行业获得快速良好的发展。

此种背景形势下，要求输电工程务必确保稳定可靠的输定能力与效率，完成经济高效、安全稳定的超大容量超远距离输电。

基于此，本文对特高压换流站直流滤波电容器故障进行浅要分析探讨，以此为相关人员提供帮助与参考。

标签：特高压换流站;直流滤波电容器;故障
前言：特高压换流站系统中，因为换流器具备非线性的明显特征，在交流与直流系统中能够形成谐波电压与电流，对系统与用户群体产生危害。

为避免产生谐波，需设置滤波装置。

当前，换流站普遍使用直流滤波电容器作为滤波装置，滤波器使特高压换流站输电系统十分关键的设备，若产生故障问题则对交流系统无功功率以及高压直流电量输送具有十分重要的影响，基于此，深入分析研究直流滤波器故障问题显得至关重要。

一、解剖前电容器单元实验
以某±800kV换流站为例，自投入运行以来，直流滤波器不断产生单台C1电容器故障问题，致使直流滤波器频繁产生不平衡告警现象，引起系统被迫出现停运，对特高压输电系统可靠运行產生十分不利的严重影响，同时对系统可靠运行同样造成严重的隐患问题。

为对电容器故障情况采取有效处理解决，确保输电通道安全舒畅，需对直流滤波器C1电容器故障问题的主要原因作出深入分析研究。

由于国内外还没有有关特高压直流滤波器电容器故障问题主要原题的分析研究文献，因此对事故问题的机理以及原因采取分析研究，并基于此发现电容器故障问题的实际原因，对电容器可靠运行十分关键。

本试验直流滤波器电容试品共计四台，两台属于故障电容器，两台属于正常运行电容器。

对电容器采取净置处理，3d之后对外观以及低电压情况下电器参数做出测量;之后继续采取静置处理，5d之后对油样抽取与色谱试验、交流测试电容以及直流耐受试验;3d之后对电容器采取解剖分析;分析完成1d之后对电容器元件采取击穿试验以及热态下性能分析研究[1]。

解剖之前采取试验，涵盖外观与电性能测试，试验之前对绝缘油所含气体测试与直流耐受电压试验。

为避免试验造成试品损坏，外观与性能测试阶段通过低电压测量，测量数据涵盖电容量以及电阻等，测量结果如下：
二、运行中击穿电容器解剖情况
（一）电容器D解剖分析
电容器心子平整，质量合格，经过解剖处理得知电阻器同A存在区别，电阻器选取柱式膜电阻在绝缘板位置进行焊接，此种结果电阻已经不再使用。

D与A电阻器，两者放电电阻结构以及放电位置均存在差异，对于批量生产制造的电容器而言，该种现象属于不正常情况，因为电阻器结构各不相同对心子实际安装的尺寸以及工艺产生一定影响，因此，也反映出产品设计生产制造存在未彻底定性的问题[2]。

同电容器A元件存在的明显区别，电容器D元件放电电阻，主要是通过金属膜电阻心子对地绝缘，通过多层绝缘纸采取单独包装，放电器件通过16个金属膜电阻共同构成，单个阻值为，采用2并8串的方式，3个串段阻值依次为404、408、407kΩ。

电容器心子元件外部位置没有发现明显击穿点，对元件电容量采取全部仔细检测，测量阶段得知第1串段上部位置以及第6个元件电容量无限大，分析得知元件发生击穿短路。

对出现击穿现象第6个元件采取解剖分析，解剖方式为从外到内的逐层剥离，查找击穿元件阶段，击穿点位于元件内部，击穿点与烧灼情况内部较小，外部最大。

运行阶段发生击穿现象电容器，击穿元件位置处于上部下数第6个部分，击穿点位于大面位置。

击穿点所处位置位于电场分布最优区域，因此引起该种故障的关键因素主要包括：第一，绝缘膜弱点存在重合情况;第二，真空干燥工艺水平不足;第三，注油工艺水平不足;第四，净化工艺存在不足。

基于分类而言，第一点属于膜特有问题，通常情况下避免此类故障问题主要是对元件采取打耐压进行仔细筛选，将其采取淘汰处理;后三点原因，无法在生产过程中有效发现，并借助试验进行有效筛选，通常位于运行阶段依次出现，根据后续试验能够明确，其主要是由于干燥与注油工艺明显不足引起[3]。

（二）电容器D元件直流电压击穿试验
电容器单元额定电压为9.63kV，内部电气连接采用3串11并的方式，元件额定电压为9.63/3=3.21kV，元件耐受电压试验结果如下表2。

通过上表得知，位于端部与外层位置出现击穿现象，对电容器造成严重破坏。

为对电容器故障形成原因做出深入分析研究。

采取各不相同温度环境下电容器元件击穿试验。

解剖之后在常温以及各不相同温度环境下采取元件耐压试验，基于试验记过分析，击穿电压明显处好过额定电压。

基于元件高温环境下耐压试验结果分析，元件耐受相对较短情况下，电压能力相对良好。

温度与击穿电压成反比例关系，温度未超过70℃情况下，击穿电压减少较少，温度超过80℃情况时，击穿电压减少较多，证明对电容器运行温度进行有效控制，对电容器安全稳定运行非常关键[4]。

（三）不同温度环境绝缘膜电压击穿试验
针对存在故障问题的电容器D采取绝缘膜电压击穿试验，绝缘膜通过重量
法作出厚度测量，厚度分别为。

试验阶段，将两层薄膜置于两电极之间，针对电极与试验所需的薄膜，将其放置到存在油样的容器内，并用烘箱加热，当达到试验温度条件时，缓慢匀速的通入电压，试验依次处于直流以及交流电压环境下。

基于试验结果分析，温度较高情况下，击穿电压相对较低，温度未超过70℃情况下，薄膜击穿电压减少速度明显。

温度超过80℃情况时，直流以及交流击穿电压均出现明显的减少趋势。

结论：综上所述，基于电容器解剖记过与试验结果可知，电容器故障率较大的因素主要为生产工艺与注油工艺无法确保稳定导致运行中电容器出现不稳定情况;此外，电阻相对较为集中，致使产生大量热量，电阻器表面位置存在的绝缘介质过热，致使电容器运行阶段出现绝缘劣化现象，极易出现击穿故障。

因此，电容器生产制造应重视生产工艺与注油工艺问题，确保电容器稳定运行。

参考文献：
[1]丁厦，石丹丹，杨韦国.直流滤波器保护配置及典型故障分析[J].山东电力技术，2017，38（02）：62-65.
[2]莫品豪，郑超，程骁.高压直流输电系统直流滤波器接地故障机理分析[J].电力系统自动化，2018，42（20）：177-182.
[3]田兴旺，郝江涛.天生桥换流站直流滤波电容器故障原因分析及改进建议[J].电力电容器与无功补偿，2015，46（06）：62-65.
[4]左干清，叶建铸，石延辉.特高压换流站直流滤波电容器故障分析研究[J].电力电容器与无功补偿，2016，34（06）123-125.。