超高压直流输电换流站设备故障分析

超高压直流输电换流站设备故障分析
超高压直流输电具有不增加系统短路容量、可实现大电网非同步联网、输送功率大、经济效益好等优点，目前我国的超高压直流输电技术发展迅猛。

其主要设备是换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、交直流断路器及控制保护等。

其中交流滤波器主要是限制谐波电流和无功补偿的作用，交流滤波器的正常运行能够保护整个直流输电系统的安全问题。

文章就对于交流滤波器设备的故障问题做一些简单的分析。

标签：超高压直流输电；换流站；设备；故障分析
交流滤波器是超高压直流输电换流站的重要组成部分，它的正常运行是影响整个系统的关键问题。

交流滤波器主要是连接在换流变压器侧母线上的，平时需要承受相当高的电压，而且因为交流滤波器需要通过大量的基波及谐波电流，因此对于其稳定性与电流绝缘的能力要求十分的高，对于这一设备的故障问题的研究也就十分的重要。

一、交流滤波器设备的结构与故障的类别
现在我国的超高压直流输电换流站工程中的交流滤波器的构成主要是电容、电抗、电阻之间的串联与并联组成的。

滤波器的类别中运用最为常见的主要是：单调谐、双调谐、三凋谐、高通、C型。

但是由于目前技术和工艺的问题，交流滤波器在实际运行中故障频发，因此本文中主要是对于这一设备的故障原因的具体分析。

在超高压直流输电换流站的交流滤波器设备中经常出现的故障主要有以下几个方面：短路故障、电容器故障、设备承受的负荷过大、滤波器故障等等，同时经过实践的考察发现这几个方面的影响都是超高压直流输电换流站不能正常工作的关键因素。

二、交流滤波器故障分析
1.短路的故障。

短路故障主要指交流滤波器设备内部的线路短路或者设备的外连线接地出现短路的情况，交流滤波器设备的特性问题可以判断其出现间接的短路情况不存在。

出现短路的情况的时候会造成元件因为受到了电流的冲击而损坏。

出现短路的情况的时候，可以根据母线侧电流的通过率与接地线侧电流的通过率之间的差来判断。

如果是交流滤波器的外部出现故障的时候，母线侧与接地线侧的电流会出现差电流，母线侧电流与接地线电流的电流差一般的情况是20%到30%的不等差额情况。

出现短路的情况主要是因为滤波器的自身情况或者接地的线路的问题，因此防止这两个环节的问题就能避免短路现象的出现。

2.电容器故障。

电容器故障主要的问题是指电容器内部的电容元件出现问题。

电容器是交流滤波器的主要组成元件，其连接方式主要有两种：一是H型
的连接；二是分支连接。

无论是哪一种电容器的连接，其内部的每个桥节点的的构成是由相同大小、数量的电容器并联或者串联组成的，对于每一台电容器来说是由多个电容器的单位内的连接组成的，而对于每一个电容器单位内的连接来说是由多个元件组成的。

当这个环节的元件的受压不均衡的时候可能会导致不平衡的元件内部的熔丝被损坏，这样就导致了一个元件的不能正常工作，致使整个环节都不能正常的使用。

例如，若交流滤波器单个电容器的内部结构为4串25并时，通过对电容器内部的具体的元件损坏现象进行EMTDC/PSCAD 仿真检测，得到高端电容器的一个桥节点的单元内，同一串联段内电容器元件从0.6S开始每隔0.07S相继损坏而被隔离，直至0.8S内串联段内的4个电容器元件完全脱离，中间的桥节点由于受电压不均衡就会出现整个电容器的不稳定情况的出现，这个时候就会造成电容器内部的元件陆续出现问题，当电容器的内部元件出现问题不能正常运转的时候，一方面可能导致电容器的损坏，一方面会造成超高压直流输电换流站不能正常的投入使用。

3.设备承受的负荷过大。

这里指的主要是电容器、电抗器、电阻器的负荷过大。

由于交流滤波器在工作环境下承受的特殊的情况，可能是其在长时间因为大量的流过谐波电流，出现电容器、电抗器、电阻器的热量过高而破坏，在一般的情况下，交流滤波器能够承受的谐波电流是基波电流的20%～30%之间，当出现频率较高的电流的时候，时间越长电容器、电抗器、电阻器的温度就越高，导致超负荷的承受，例如一般的交流滤波器的每个设备环节的电负荷通过率是正常值的50%，如果电压的不稳定导致过高的膨胀使通过率超过50%的时候就出出现元件的损伤，当然每一个元件还有一定的承受范围，如果在基础的范围内超出10%～20%的时候就是超负荷的工作，这个时候的各个元件就会出现问题，产生故障。

4.滤波器故障。

滤波器故障主要是指滤波器实际的调谐频率与电网系统所需要的谐波频率之间有一定的误差。

导致这一问题出现的主要原因就是滤波器的内部元件的结构参数考察值和整个电网系统的变化频率之间的偏离程度，一般的偏离程度是5%到10%不等。

这个时候滤波器就会达不到原有的滤波要求，导致整个直流输电换流站的不能正常运转。

这就要求在的使用过程中对于滤波器的内部元件的变化在早期的时候及时的进行一些常规的检测与监控，同时元件的后期检测也相当的重要。

对于这四种故障情况的具体分析，我们可以在日常的工作中很快的判断出交流滤波器设备的问题到底在什么地方，为快速解决故障争取时间，从而保证超高压直流输电换流站工作的正常进行，同时对于实际的工程技术人员分析故障因素有一定的理论技术的指导，将对我国超高压直流输电换流站技术不断的提高贡献力量。

结束语
本文对超高压直流输电换流站的交流滤波器设备的故障问题进行了一些理论的分析，描述了四种常见故障出现的原因及对于整个交流系统的具体影响，为超高压直流输电换流站工程技术人员在故障分析方面提出了一些理论的指导，以
保证交流滤波器设备的正常运转。

并且希望在今后的工程设计中能够很好的利用在线检测技术，同时对于故障的保护分析的因素提出一些建设性的意见，从而保证超高压直流输电系统在我国的电力系统中更好的运用，为我国的现代技术的发展提供有效的技术保障。

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