武垣成，楊 猛，王長春

（上海市電力公司 檢修公司直流運檢中心，上海 201708）

0 引言

采用電網(wǎng)換相的直流輸電換流站，無論是整流側(cè)還是逆變側(cè)，直流系統(tǒng)都要從交流系統(tǒng)吸收容性無功，即換流器對于交流系統(tǒng)而言，總是一種無功負荷。在正常情況下，整流裝置所需的無功功率約為直流功率的30%～50%，逆變裝置約為直流輸送功率的40%～60%，所以無功補償在直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行中占有重要的地位［1］。

楓涇站的濾波器有2類，共9組。1～5組為A型HP12／24交流濾波器，6～9組為B型不帶電抗器（SC）的電容器組。交流濾波器不僅能夠提高無功功率，而且能夠濾除換流器所產(chǎn)生的諧波，減少對系統(tǒng)的干擾。在額定運行情況下，兩類無功補償電容器提供的額定無功功率均為202 Mvar。交流濾波器的投入和切除順序為先A型后B型。

根據(jù)楓涇換流站技術(shù)設(shè)計規(guī)范要求，與交流系統(tǒng)無功交換的設(shè)計值和實際值之間的偏差不得超過±131 Mvar。在直流總輸送功率從最小值至2 h過負荷功率水平之間的任何直流功率水平上，兩個換流站與交流系統(tǒng)的無功功率交換設(shè)計值為零。在直流負荷從最小值變到2 h過負荷的過程中，或從2 h過負荷變到最小值的過程中，任何電容器組或濾波器組或電抗器組最多只能投入和切除一次。

1 投切濾波器的級別與原則

楓涇換流站投切濾波器的級別為：

1）絕對最小濾波器容量限制（Abs Min Filer） 為了防止濾波設(shè)備過負荷所需投入的絕對最小濾波器組數(shù)。任何情況下，該條件必須滿足。

2）最高／最低電壓限制（Umax） 監(jiān)視交流母線的穩(wěn)態(tài)電壓，避免穩(wěn)態(tài)過電壓引起保護動作。

3）最大無功交換限制（Qmax） 根據(jù)當前運行狀況，限制投入濾波器組的數(shù)量，限制穩(wěn)態(tài)過電壓。

4）最小濾波器容量要求（Min Filter） 為了滿足濾除諧波的要求，需要投入的最小濾波器組。

5）無功交換控制／電壓控制（Qcontrol／Ucontrol） 控制換流站和交流系統(tǒng)的無功交換量為設(shè)定的參考值／控制換流站交流母線電壓為設(shè)定的參考值。楓涇換流站作為逆變站，由運檢人員選擇當前運行在Qcontrol狀態(tài)，并在正常運行中此條件必須滿足。

為了防止濾波器組的頻繁投切，應(yīng)該采用滯回特性，設(shè)置的滯回窗口的上下限幅值，大于最大無功設(shè)備組容量的一半。

換流站與交流系統(tǒng)的無功交換，可由以下算式［2］得到：

式中：Qexc為換流站與交流電網(wǎng)的無功交換；Qfilt為交流濾波器或并聯(lián)電容器組產(chǎn)生的無功功率；Uac為實際交流母線電壓；UacN為無功設(shè)備設(shè)計時考慮的交流母線正常電壓；QfiltN為無功設(shè)備設(shè)計時可以提供的無功功率；Qconv為換流器損耗的無功功率；Id為直流電流；Udi0為每一組6脈動換流器的空載直流電壓；α為觸發(fā)角；u為換相重疊角。

如果無功功率交換超過下列限制值，那么Qcontrol會發(fā)出命令，投入或切出一個濾波器或并聯(lián)電容器組。

式中：Q為換流站與交流系統(tǒng)的無功交換量；Qref為運行人員設(shè)置的一個參考值。

楓涇換流站與交流系統(tǒng)無功交換量的死區(qū)為131 MVar，交流濾波器投切順序為先投HP12／24型號再投SC型號。在現(xiàn)在無功控制策略下，楓涇站逆變、雙極全壓模式運行時，最小濾波器和絕對最小濾波器投切時需要滿足表1要求。

表1 最小和絕對最小濾波器投切

2 避雷器泄漏電流偏大分析

2.1 泄漏電流超標

4月27日，直流雙極負荷300 MW，由于交流母線電壓偏高，調(diào)度要求只投一組交流濾波器（之前系統(tǒng)無功控制方式為自動時，按滿足最小濾波器控制要求系統(tǒng)投入2組交流濾波器）。運行人員在現(xiàn)場巡視中發(fā)現(xiàn)，按照無功控制策略在手動模式下，并聯(lián)于電抗器兩端的Y10W1-23／55W型交流濾波器（5632）低壓側(cè)避雷器A3泄漏電流偏大，高達8.4～9.3 m A，正常泄漏電流值應(yīng)該低于5 m A，超過5 m A就有可能造成閥片熱崩潰而爆炸。

檢查時發(fā)現(xiàn)三相電流較大，5632交流濾波器其他部件運行正常，無明顯放電發(fā)熱現(xiàn)象。檢查保護裝置的采樣值正確，故障錄波也正?！，F(xiàn)場進行紅外測溫，設(shè)備運行正常，避雷器表面為22℃，環(huán)境溫度為20℃，均無明顯發(fā)熱點。分析原因認為這是由于交流濾波器（5632）中流過大量諧波分量過負荷引起，導致低壓側(cè)電感元件兩端電壓偏高，達到避雷器動作門檻電壓值，使避雷器出現(xiàn)泄漏電流大幅增加的緣故，屬于輕度諧波過負荷現(xiàn)象。

在電力系統(tǒng)中，發(fā)生避雷器泄漏電流增大或內(nèi)部閃絡(luò)的事故較多，嚴重時避雷器會發(fā)生爆炸，所以一旦發(fā)現(xiàn)避雷器泄漏電流增大，應(yīng)該進行嚴密監(jiān)視。當泄漏電流讀數(shù)為投運初始值的120%時，必須作為緊急缺陷立刻上報，必要時要采取隔離避雷器的應(yīng)急措施［3］。

2.2 泄漏電流偏大原因分析

在當天雙極負荷300 MW工況下，1組交流濾波器僅能滿足絕對最小濾波器要求，無法滿足最小濾波器要求（投1組交流濾波器主要為滿足交流母線電壓要求），初步推測1組交流濾波器可能有輕度的諧波過負荷現(xiàn)象，導致低壓側(cè)電感元件兩端電壓較高，達到避雷器動作門檻電壓值，使避雷器出現(xiàn)泄漏電流大幅增加的現(xiàn)象。

為了進一步找出泄漏電流偏大的原因，申請輪換交流濾波器。在投入5622交流濾波器，操作到5622與5632共同運行時，發(fā)現(xiàn)兩組避雷器的泄露電流均在3.5～4.0 m A之間，小于廠家規(guī)定的最小額定電流值。繼續(xù)操作，拉開5632交流濾波器開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)5622濾波器的該型避雷器電流也增加至9 m A左右，隨后又進行了3次濾波器輪換操作，現(xiàn)象與之一致。

因此，懷疑異常原因在于1組交流濾波器可能有輕度的諧波過負荷現(xiàn)象。而在其他運行條件下，也曾發(fā)生過泄漏電流偏大的案例。

楓涇換流站在無功自動方式下運行時，測得交流濾波器低壓側(cè)避雷器的泄漏電流值，如表2所示。

表2 交流濾波器低壓側(cè)避雷器實際運行時泄漏電流

2.3 臨時應(yīng)急措施

針對交流濾波器低壓側(cè)避雷器A3泄漏電流在某些功率下發(fā)生泄漏電流偏大、對設(shè)備安全運行構(gòu)成嚴重威脅的現(xiàn)狀，短期可以將無功控制暫時改為手動運行方式，采用提前投1組交流濾波器的方法來限制泄漏電流在合理范圍內(nèi)。采取以下策略，換流站與系統(tǒng)無功交換時不會超過設(shè)計要求（0，300 Mvar），同時，交流濾波器低壓側(cè)避雷器泄漏電流可以降低到可以接受的水平。

1）單極大地回線運行時 當直流輸送功率達到850 MW時，投入第三組濾波器。直流輸送功率達到1.25 GW時，投入第四組濾波器。

2）雙極全壓運行時 當直流輸送功率達到1 GW時，投入第三組濾波器；直流輸送功率達到1.4 GW時，投入第四組濾波器。

2.4 手動投切方式存在弊端

為避免避雷器發(fā)生異常，運行人員采取手動增加一組交流濾波器，使泄露電流降至5 m A以內(nèi)。楓涇換流站在無功手動方式下運行時，測得交流母線電壓，如表3所示。

表3 手動投入濾波器后交流母線電壓

由于提前增加一組濾波器，引起與系統(tǒng)交換無功過大，造成母線電壓較高。國調(diào)與華東網(wǎng)調(diào)對交流母線電壓均有嚴格要求，特別是華東地區(qū)對于電壓合格率有較高要求，楓涇換流站采用手動提前投一組交流濾波器的方法雖能使避雷器泄漏電流限制在5 m A以內(nèi)，但是由于無功交換增大，使得在某些功率運行條件下不能滿足電壓考核要求。

另外，無功控制模式處于手動狀態(tài)，按調(diào)度曲線升降功率時，必須將無功控制模式先改為自動，使濾波器按照程序設(shè)定自行投切后，如果A3避雷器泄漏電流沒有超標則保持無功模式自動狀態(tài)，如果泄露電流超標則將無功控制模式改為手動，然后手動投入交流濾波器，嚴重地影響了運行工作。所以，目前手動投切方式僅為應(yīng)急手段，不能滿足長期穩(wěn)定運行需要，對于系統(tǒng)無功交換，電壓合格率以及運行管理存在影響。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)中避雷器泄漏電流增大導致的事故較多，嚴重時避雷器會發(fā)生爆炸，提前投1組交流濾波器的方法來限制泄漏電流在合理范圍內(nèi)只是短期的做法，為了使設(shè)備能夠長期安全運行，建議相關(guān)設(shè)計單位進行更嚴密的計算和測量，及時更換滿足要求的避雷器使用，確保設(shè)備安全運行。

［1］ 王官潔，任震.高壓直流輸電技術(shù)［M］.重慶大學出版社，1997.

［2］ 趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.中國電力出版社，2004.

［3］ 張全元.變電運行現(xiàn)場技術(shù)問答［M］.中國電力出版社，2009.