高压滤波电容器组不平衡电流保护

长期工作电压最高值 系统电压调整与波动 轻负荷时电压升高 轻负荷时电压升高
• 完整单元的端电压 (1+knorm)UN , knorm =0.05 • 故障单元或元件的端电压 (1+ke)UN , ke=0.15
失谐保护方式的缺陷
H型电容器组的短路分析
H型电容器组的不平衡保护判别式：
U C1 C3
C , F
2 0.02 d N 1 C d C 1 0.02 4 N 2d
U
A
B
• 过电压：
d U 2k norm N 0.0952N 1 k norm
CA
I A
kA
CB
I B
kB
• 不平衡电流
I 0 I
A
B
CA
I A
kA
CB
I B
kB
• 过电压：
U 2k norm d u, F N 0.05 d U 1 k norm 2N d U u,N
I
• 最大不平衡电流：
I d 0.0196 2N d I
型电容器组的分析
2. 双边支路各有同样数量电容器单元短路 • 失谐度：
C ke 4 C E min 1 k 2 p, 1 k psN e e
t
第二部分 型接线直流滤波器定值
1. 不平衡电流动作值
C knorm I min , 1 2 k I C norm
H型电容器组元件故障分析
2. C1与C3同时出现同样数量mn只元件被隔离 • 失谐度：
C mn C C 4( p m) sN 3mn
• 过电压：
U m( sN n) e, F ke psN m( sN n) U e,N
I1
I 2
U a C2
接线的优点
• 低压并联电容器的保护
C2的保护
元件级故障分析
内熔丝型电容器单元
内熔丝
均压 电阻
Ce
内熔丝
均压 电阻
Ce
均压 电阻
Ce
内熔丝
n串
s串 s串
p并
m并
p并
完好单元
mn元件故障
模块短路
H型电容器组元件故障分析
1. C1支路有mn只元件被隔离 • 失谐度：
C mn C C 4( p m) sN 3mn


E
(t ) A
E
E
(t ) B
E
(t ) (t ) EA EB E
E
C
1 ke
2psN
故障分析 电容器组及单元结构
• 型接线 • 单元内部各有3串(s=3)，21并（p=21）元件。 • 单臂支路各有52(N=52)个单元串联，
现有的保护设置
1. 动态段判据
i i 42.845% , tdelay 800ms i i
2. 差值电流增量检测
T
t
（t） （t -1） I I I I



型接线直流滤波器定值
3. 单元级故障检测 t T • 条件： k 4sN 1 • 记数： （t） （t -1） T t k 4sN 1 D D int T 2sN 1 0.2 A A （t） （t -1） T t k 4sN 1 D D int T 2sN 1 0.2 B B • 判据：
CB
I B
kB
• 过电压：
U msN mn e,F ke psN (msN mn) U e, N
I
• 允许的故障元件数量
m
C ke
1 ke
p
mn
C
1 ke
psN
第二部分 H型电容器组的保护整定值
1. 不平衡电流的保护跳闸判据
C I knorm knorm k min , , I 1 3 k 1 k C norm norm
高压滤波电容器组不平衡电流 保护配置及定值
问 题
1. HVDC高压直流滤波电容器组不明原因跳闸 • 南方电网 • 国家电网 2. 跳闸时间 • 高坡、宝安自投运来，肇庆2014年共4次 • 在雷雨，或者沿线雷雨时 3. 措施 • 改定值 • 取消保护
滤波器结构
HVDC 12/24/36次三调谐直流滤波器
• 过电压：
d U
C1，F
C3
I H
TAD
2k norm N 0.0952N 1 k norm
I 0 I

b
I 4
TAS
I3 I H
C4
• 不平衡电流：
c
型电容器组的分析
型电容器组的不平衡保护判别式：
U
A B
CA CB
Cu 1 C 2N 2
电容器不平衡保护整定原则
2. 完好单元或者内部元件的端电压
电容器运行中允许的工频过电压水平
过压 倍数 1.0 1.05 1.10 1.15 1.20 1.30 最大持续时间 IEC 60871.1-2005 DL/T 840-2003 — 连续 — 连续 每24h中12h 每24h中8h 每24h中30min 5min 1min 每24h中30min 5min 1min 说明
I
两种不同电路的优缺点比较
H型电容器组 跳闸动作值 电容器失谐 电容器耐压
I d 0.0164 4 N 2d I
型电容器组
I d 0.0196 I 2N d
d C
0.08 N 0.0755N 1.06
0.2 N 0.0635N 3.15
c
型电容器组元件故障分析
1. A支路n个并联模块中各有m只元件隔离 • 失谐度：
C mn C C 2 p m sN 2mn
A B
CA
I A
kA
CB
I B
kB
• 过电压：
U msN mn e,F ke psN (msN mn) U e, N
I1
I 2
U a
• 过电压：
U 2msN mn e, F ke 2 psN 2msN mn U e, N
C1，F
C3
I H
TAD
C2
b
I 4
TAS
I3 I H
C4
• 允许的故障元件数量
ke C m p 1 ke
2 C mn psN 1 ke
C1，F
C3
I H
TAD
b
I 4
TAS
• 允许的故障元件数量
k e 2 C m p 1 ke
I3 I H
C4
c
2 C mn psN 1 ke
H型电容器组元件故障分析
3. C1和C2同时出现同样数量mn只元件被隔离 • 失谐度：
C mn C C 2( p m) sN mn
H型电容器组的短路分析
1. C1支路的电容器单元短路 • 失谐度：
C

d 2% 4 N 3d
d C
0.08 N 1.06
I1
I 2
U a C2
C1，F
C3
I H
TAD
• 过电压：
U 0.2 3d u ,C d N 0.05 U C1 4 N 3d 3.15 U u,N
（t） D A D
（t） D B D
（t） （t） D D A B D
2 C k norm D min( ， ） 2 sN 1 2 C 1 k norm
型接线直流滤波器定值
4. 元件级故障检测 t k / 4 sN 1 T k /4 p 1sN 1 • 条件： • 记数： t (t ) (t ) T 0 EA EA int T t 4 p 1sN 1 0.2 (t ) (t ) T t 0 EB EB int T t 2 p 1sN 1 0.2 • 判据：
I1 I H
TAD
C1 C2 C3 C4 C Cu N
I 2
C2 C4
C
C1 C2 C3 C4 C
C1 C2 C3 C4
I3 I H
I 4
TAS
I I I C1 C3 1 3 C1 C2 C3 C4 I I H
I1
I 2
U a C2
C1，F
C3
I H
TAD
• 过电压：
U d e, F k norm 2sN d U e, N
b
I 4
TAS
I3 I H
C4
c
• 不平衡电流
C I mn 4( p m) sN 2mn 1 C I
I1
I 2
U a C2
C1，F
C3
I H
TAD
b
I 4
TAS
• 不平衡电流：
I3 I H
C4
I 0 I
c
H型电容器组的短路分析
3. C1与C2支路各有同样数量单元短路 • 失谐：
d C 2 C N 0.0392N 1 C
I1 I 2
U a C2
2 C 2knorm D min( , ) 2 sN 1 3 C 3 3k norm
t
第二部分 H型电容器组的保护整定值
4. 元件平衡故障条件下的保护判据 • 条件 k k
4 sN - 2 T（t） 4( p 1) sN 2
• 记数 • 判据
（t -1） E (t ) E intT 4( p 1)sN 2 0.2
I
• 允许的故障元件数量
k e 2 C m p 1 ke
mn 2 C psN 1 ke
型电容器组元件故障分析
2. A、B两臂各有n段并联模块的m只元件隔离 • 失谐度： U
C mn C C ( p m) sN mn
A Bபைடு நூலகம்
CA
I A
kA
dC
0.08 N 0.0769N 1.04 0.1 N 0.0952N 1.05
d U
C1
dU
H型电路的缺点
• H型电路单臂单元短路后，不平衡保护的动 作值要根据剩余完好元件的过电压水平确 定，不平衡保护动作定值低。 保护的抗干扰水平也降低 没有最大限度地利用故障电容器的剩余 价值 • H型接线的差值电流互感器对地绝缘要求高， 成本高
1
b
I 4
TAS
I3 I H
C4
c
• 不平衡电流
I d 0.0164 4 N 2d I
H型电容器组的短路分析
2. C1与C3支路各有同样数量单元短路 • 失谐：
d C 2 C N 0.0384N 1 2 C
• 过电压：
d U k norm N 0.0476N 1 k norm
2. 差值电流的突变量检测
T
（t） （t） （t -1） I I I I



第二部分 H型电容器组的保护整定值
3. 单元平衡故障条件下的保护判据 • 条件
T
• 记数
（t）
k /4sN 2
D
• 判据
(t )
D
（t -1）
intT 4sN 2 0.2
C1 L1
C2
L2
C3
L3
高压电容器的两种接线方式
U
a
Cu
C1
I1 I b
I 2
C2 b
C3
I3
I 4
C4 c
型接线
H型接线
电容器不平衡保护整定原则
1. 单调谐滤波器组允许的失谐度

f h C 失谐度与电容量偏差： C fh
（1）现场调谐并测量 F 1% （2）计算： 条件下的最大 C C C

• t-1时刻已有10个元件的熔丝熔断(n=1,m=10), 在t时刻第11个元件故障短路时(d=1)的不平 衡电流突变量
CA
I A
kA
CB
I B
kB
I I I C A CB A B I I A I B C A CB
I
型电容器组的分析
1. 单边支路有部分电容器单元短路 • 失谐度:
C

d 0.02 4 N 2d
d C
4 C N 1 2 C