换流站交流滤波器导致投切换相失败分析

换流站交流滤波器电容器异常分析及改善发布时间：2021-03-03T03:14:12.046Z 来源：《福光技术》2020年23期作者：郭冬青[导读] 换流站交流滤波器的作用主要是：①维持交流母线电压在设定范围内；②滤除由换流器产生的交流侧谐波；③提供换流器所需的无功功率。

国网山西省电力公司检修分公司摘要：交流滤波器作为直流输电系统的重要组成部分，其运行工况直接影响着直流输电系统功率传输。

文章结合交流滤波器实际运行经验，对交流滤波器Ｃ１电容器不平衡跳闸异常进行分析，总结出交流滤波器Ｃ１电容器跳闸故障主要为电容器本体故障和层间放电故障，并对故障原因进行研究分析，提出了故障防治措施，对换流站交流滤波器的安全运行具有现实意义。

关键词：换流站；交流滤波器；Ｃ１电容器不平衡电流；层间放电换流站交流滤波器的作用主要是：①维持交流母线电压在设定范围内；②滤除由换流器产生的交流侧谐波；③提供换流器所需的无功功率。

通过定无功功率运行模式或定交流电压运行模式，由直流站控系统自动投退。

当直流输电系统满功率运行时，交流滤波器应投入 10组 (6A+4C/5A+5C)，２组冗余，当交流滤波器失去冗余后，任何工况下再发生单一小组交流滤波器跳闸或不可用将导致直流系统限功率的恶劣情况。

本文结合具体事例对交流滤波器较为常见的 C1 不平衡保护跳闸原因进行分析，并提出改善措施。

1.交流滤波器C １电容器目前交流滤波器 C1 电容器结构大同小异，一般由４个电容桥臂构成Ｈ桥，如图１所示，其中I0 为不平衡电流测量 CT。

电容器的保护主要采用内熔丝保护与交流滤波器不平衡保护相配合。

内熔丝保护相当于电容器元件的熔断器，一旦元件击穿，保护该元件的内熔丝在不到１ms 的时间内就快速熔断，并将故障元件与其他完好的并联元件、并联单元及系统隔离，使通过击穿元件的电流迅速降为零。

交流滤波器不平衡电流保护通过测量电容器组的不平衡电流判断电容器组的运行情况，当电容器故障情况达到一定程度时，可以判断出电容器内部的元件故障程度，启动保护告警信号或跳闸。

本论文从某换流站交流滤波器在投入时发生直流电压跌落现象出发，研究问题发生的原因和过程，同时对涉及到的相关装置、控制逻辑以及理论进行深入分析，在此基础上提出优化和改进的方向和具体方案，并通过仿真或工程实际运用加以证实。

通过分析交流滤波器和直流极控制系统的录波发现，交流滤波器的断路器在合闸瞬间，产生了较大的合闸涌流，使交流母线的电压发生畸变，而直流控制系统检测到交流母线电压的畸变，其换相失败预测控制功能动作，逆变器提前触发，即关断角增大，触发超前角增大，最终反映在直流侧的现象就是直流电压发生跌落。

在找到问题原因和整个过程后，本论文对过程中涉及到的环节一一进行深入研究和仿真，包括交流滤波器投入的暂态过程、换相失败预测功能逻辑和涌流抑制器（选相合闸装置）等，最终症结聚焦在选相合闸装置上。

交流滤波器属于容性设备，需要在电压过零点合闸才能抑制涌流。

但是断路器随着时间推移，机械特性发生变化，导致合闸角不在过零点。

而现有的选相合闸装置自适应功能逻辑缺陷多，未投入使用。

论文最后根据前文的研究结论，提出三点优化和改进建议，第一优化选相合闸装置自适应功能算法，第二在合闸时刻闭锁直流换相失败预测控制功能，第三更改选相合闸装置定值。

并利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，分别基于CIGRE标准模型和实际工程模型进行仿真验证。

关键词：交流滤波器；直流电压跌落；选相合闸；换相失败预测控制In this paper, the DC voltage drop phenomenon occurs when the AC filter of a converter station is input, and the causes and processes of the problem are studied. At the same time, the related devices, control logic and theory are deeply analyzed, and the optimization is proposed. And improve the direction and specific solutions, and confirm through simulation or engineering practice.By analyzing the recording of the AC filter and the DC pole control system, it is found that the circuit breaker of the AC filter generates a large closing current at the moment of closing, which causes the voltage of the AC bus to be distorted, and the DC control system detects the AC. The distortion of the bus voltage, the commutation failure prediction control function action, the inverter triggers in advance, that is, the turn-off angle increases, the trigger lead angle increases, and the phenomenon that is finally reflected on the DC side is that the DC voltage drops.After finding the cause of the problem and the whole process, this thesis conducts in-depth research and simulation on the links involved in the process, including the transient process of the AC filter input, the commutation failure prediction function logic and the inrush suppressor. Device), etc., the final symptom is focused on the phase selection closing device. The AC filter is a capacitive device that needs to be closed at the voltage zero crossing to suppress the inrush current. However, as the circuit breaker changes over time, the mechanical characteristics change, causing the closing angle not to cross the zero point. However, the existing phase-selection closing device has many defects in the adaptive function logic and is not put into use.Finally, based on the previous research conclusions, the paper proposes three optimization and improvement suggestions, the first optimized phase selection device adaptive function algorithm, the second blocking DC commutation failure prediction control function at the closing time, and the third modified phase selection closing device. Value. The PSCAD/EMTDC electromagnetic transient simulation software is used to verify the simulation based on the CIGRE standard model and the actual engineering model.Key words: AC filter; DC voltage drop; phase selection closing; commutation failure prediction control.目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................................... I I 目录.. (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3论文主要工作 (3)第二章交流滤波器投入导致直流电压跌落情况分析 (4)2.1交流滤波器波形分析 (4)2.2直流极控系统波形分析 (7)2.3换相失败预测控制分析 (9)2.4直流电压跌落原因分析 (11)2.5本章小结 (12)第三章交流滤波器投切分析与其选相合闸装置介绍 (13)3.1交流滤波器工作原理与组成结构 (13)3.2交流滤波器投入暂态过程分析 (16)3.3选相合闸装置原理概述 (19)3.4选相合闸装置在交流滤波器组上的应用 (21)3.5选相合闸装置自适应功能 (22)3.5.1 自适应功能原理介绍 (22)3.5.2 PCS-9830A装置自适应功能 (23)3.6本章小结 (24)第四章交流滤波器合闸相角与直流电压跌落关系仿真研究 (25)4.1CIGRE模型仿真验证 (25)4.1.1 仿真模型 (25)4.1.2 交流滤波器合闸相角的影响测试 (28)4.2工程实际模型仿真验证 (32)4.2.1 仿真模型 (32)4.2.2 交流滤波器合闸相角的影响测试 (32)4.2.3 直流传输功率的影响测试 (37)4.3本章小结 (39)第五章交流滤波器投入导致直流电压跌落的改进措施研究及验证 (40)5.1选相合闸装置自适应功能算法优化及仿真验证 (40)5.1.1 遗传算法和神经网络算法的选取与改进 (40)5.1.2 遗传算法优化的BP神经网络合闸预测模型实现 (43)5.1.3 仿真结果分析 (44)5.2选择性闭锁直流换相失败预测控制功能及仿真验证 (46)5.3更改选相合闸时间定值及工程实际验证 (48)5.3.1 更改选相合闸时间定值前数据分析 (49)5.3.2 更改选相合闸时间定值后数据分析 (50)5.3本章小结 (51)总结与展望 (53)1．总结 (53)2．展望 (55)参考文献 (56)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (60)致谢 (61)第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景及意义我国国土面积宽广，地域辽阔，各地由于自身因素发展不平衡，能源分布十分分散，因此，远距离进行大容量的输电需求刻不容缓。

直流系统频发换相失败的分析处理摘要：换相失败是高压直流输电系统最常见的故障现象之一[1]。

宝安换流站极2在一次操作交流系统刀闸后频发换相失败告警，针对此次事件对换相失败原理、此次频发换相失败的过程进行分析，并结合后续检查处理措施，阐述导致直流系统频繁换相失败的最终原因，并提出日常运维建议。

关键词：换相失败；直流输电；1 换相失败的原理1.1换相失败极过程[1]换相失败是高压直流输电系统最常见的故障现象之一。

由于换流器交流侧电感的存在，换流器换相时，电流转移需要一定的时间才能完成。

当换流阀的两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程没有能进行完毕，这样在阀电压转变为正向时被换相的阀将向原来预定退出导通的阀进行倒换相，这就是换相失败。

1.2导致换相失败的因素[2]交流低电压导致逆变侧换相电压的降低，从而致使本应导通的阀无法导通，最终导致换相失败。

此外，离故障点电气距离越近的逆变站发生换相失败的情况越严重。

丢失触发脉冲会导致换相失败。

丢失触发脉冲时阀会发生不开通故障，导致换相过程无法进行，原先导通的阀继续导通，从而导致换相失败。

逆变侧出现阀短路时也会导致换相失败。

当逆变侧某一个阀发生短路故障而强行导通时，其他应该正常导通的阀由于失去换相电压从而无法导通，同样会导致换相失败。

1.3换相失败的影响极控系统本身具有换相失败监视、跳闸功能[3]：当主极控系统监测到熄弧角小于3度且持续200ms后，极控判断当前系统软件故障同时自动切换至备用系统运行；当备用极控系统监测到熄弧角小于3度且持续30s后，极控判断备用系统软件故障。

频繁的换相失败会影响极控系统的安全稳定运行，进而影响直流系统的安全稳定运行。

2 一次典型换相失败事件宝安换流站的500kV交流场为3/2接线方式，总共有8串，第一串为不完整，双极换流变馈线开关为5051、5071。

事件发生前，交流系统方式为500kV第二至八串开环运行，500kV #1主变高压侧开关5001在500kV #1M运行，宝安站500kV #2M正在由热备用状态转冷备用状态的操作。

宝鸡换流站换相失败分析方法研究摘要：本文对宝鸡换流站异常情况做了详细的研究，分析了换相失败的原因，并结合笔者自己的经验提出了改善建议，以供参考。

关键词：宝鸡换流站；换相失败；异常情况；建议换相失败是直流输电系统发生概率较高的故障之一。

在换流器中，退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程未进行完毕，则在阀电压变成正向时，被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，这种情况称为换相失败[1]。

换相失败主要原因是交流系统故障使得逆变侧换流母线电压下降，在一定的条件下，有些换相失败可以自动恢复，但是如果发生两次或多次连续换相失败，换流阀就会闭锁，中断直流系统的输电通道，在严重的情况下可能会出现多个逆变站同时发生换相失败，甚至导致电网崩溃。

下面对宝鸡换流站一次换相失败进行简要分析。

一、概述1.宝鸡换流站换相失败前运行方式（1）750kV、330kV及主变交流系统运行正常。

（2）直流双极平衡运行，大地回线。

（3）双极输送功率1010MW，功率方向：德阳至宝鸡。

（4）控制保护系统运行正常1.站区天气：晴。

2. 保护异常情况2016年8月01日19时33分，监控后台报出“P1PPR A，B系统换相失败被检测到。

P2PPR A，B系统换相失败被检测到。

二、异常情况检查及原因分析1.设备异常情况检查（1）一次设备检查现场检查极I极II直流线路相关一次设备后未发现异常现象。

（2）二次设备检查对极I极II直流控制和保护系统相关二次设备进行检查，未发现异常现象。

2.事故分析图 1因为极I和极II事故类型相似，所以只对极I进行分析。

根据故障发生的不同阶段开始分析，结合图示可知红，绿，蓝对应为A，B，C相。

从图1中紫色和绿色标注间隔可看出，在该时段导通的为蓝色和红色电流标识，即为A相和C相。

根据逆变侧触发角大于90°规则可知此时导通的换流阀为4号和5号换流阀[2]。

第二种判断方法：根据CPRY（Y侧阀的触发脉冲）也可判断此时为4号和5号换流阀，将六个换流阀根据导通顺序进行编号为1至6号，如图5所示。

三广直流鹅城换流站换相失败原因分析吕鹏飞1,王明新1,徐海军2(1.中国电力科学研究院,北京100085;　2.国家电网公司惠州超高压管理处,广东惠州516144)摘要:在简要介绍换相失败基本原理的基础上,根据现场的暂态故障录波图,对三广直流鹅城换流站发生换相失败的原因进行了详细分析。

比较了在A BB直流控制保护系统中采用预测型关断角的前提下,由于交流系统故障和丢失脉冲所引起换相失败的不同后果。

最后提出了一种根据比较故障录波中关断角减小时刻和阀侧三相电流同时过零点时刻先后次序,快速定位换相失败原因的方法,对直流系统的现场运行具有一定的帮助和指导意义。

关键词:直流输电;　丢失脉冲;　换相失败;　预测型关断角;　暂态故障录波中图分类号:TM711 文献标识码:B 文章编号:1003-4897(2005)18-0075-040　引言换相失败是高压直流(HVDC)输电系统最常见的故障之一,它将导致逆变器直流侧短路,使直流电压为零、直流电流增大、直流系统输送功率减少,若换相失败后控制不当,还会引发后继的换相失败,最终导致换流阀寿命缩短、换流变压器直流偏磁及逆变侧弱交流系统过电压等不良后果[1,2]。

三峡-广东直流输电工程北起湖北荆州江陵换流站,南至广东惠州鹅城换流站,全长约960km。

本工程主要为解决三峡水电站向广东的电力输送以及实现华中与华南电网的非同步连接,其中控制保护系统采用ABB公司的m ach2系统[3]。

三广直流自投运以来,鹅城换流站分别于2004年6月25日和6月27日发生两次换相失败。

其中6月25日仅为极1发生换相失败,6月27日为双极均发生换相失败。

由鹅城换流站提供的现场暂态故障录波(Transi e nt Fault Recoder)可以看出,6月27日发生双极换相失败的原因是由于交流电压A、B、C三相均发生明显的畸变所导致。

而6月25日极1发生的换相失败由TFR看不出交流电压有任何畸变,发生原因不明,此后,鹅城站多次发生类似6月25日的换相失败,因此本文将分析重点放在6月25日极1发生的换相失败上。

500kV 交流滤波器故障的分析处理发布时间：2021-01-19T02:28:36.730Z 来源：《新型城镇化》2020年20期作者：张佳佳[导读] 根据故障录播可知，两次故障时断路器的闪络时长分别为 2079ms 和 1893ms，均远远超过了断路器的分闸时间 60ms。

国网山西省电力公司检修分公司摘要：交流滤波器的频繁投切会造成断路器承受较大直流残压，同时受环境因素的影响容易导致断路器发生闪络故障，严重威胁高压直流系统的安全稳定运行。

针对某 ±500kV 换流站发生的交流滤波断路器闪络事故进行了分析研究，结合录波数据和现场试验确定故障原因为恶劣的气象条件加上电源侧直流电压与交流侧电压的叠加引起断路器外绝缘闪络和相间闪络。

关键词：交流滤波断路器；外绝缘试验；污闪电压；解决措施1.交流滤波断路器故障概况某 ±500kV 换流站地处海拔 1000 多米的高原地区，是某直流输电系统的整流站。

该换流站配置有 11 组 500kV 交流滤波器，共分 3 大组，各个大组采用单母线接线方式，作为 1 个电气元件分别接在500kV 交流场第 2 串、第 3 串和第 4 串上。

第 1 大组交流滤波器分为3 个小组，其余 2 个大组均分为4 个小组，其中包括 4 组并联电容器（编号：561、574、581、584），3 组 11/13 次双调谐滤波器（编号： 563、571、582）和 4 组 3/24/36 三调谐滤波器（编号：562、572、573、583）。

每小组均提供 130MV A 的额定无功，总共可提供的无功功率为 1430MV A。

换流站可根据系统要求通过投切交流滤波器的数量来改变交流电压、谐波和无功功率。

2014 年，该换流站在进行功率时，第 2 大组的交流滤波断路器先后两次发生闪络事故导致了多小组交流滤波器同时退出。

图 1 为该换流站第 2 大组交流滤波器小组元器件图。

1.1573 交流滤波断路器闪络故障2014-03-31，该 ±500kV 换流站所处地区天气状况为大雾并伴随有毛细雨，室外温度约为 10℃。

换流站交流滤波器电容器运维分析及故障处理摘要：电力系统运行会产生电流转移，而伴随电流转移的是设备中所产生的大量谐波，其导致设备在运行过程中会消耗大量无功功率。

为此，电力系统换流站必须配备多台交流滤波器电容器，如此才能保证滤波以及无功补偿工作到位。

本文中就探讨了电力系统中换流站的交流滤波电容器相关故障问题，并对其运维故障处理方法进行了研究解读。

关键词：交流滤波器电容器；换流站；无功补偿；运维故障；故障处理方法由于换流器吸收的无功功率随着直流输电功率变化，当直流功率多次调整且达到交流滤波器投切条件时，就会出现滤波器频繁投切，其中电容器也会因此出现故障问题。

在这一背景下，就需要分析换流站中交流滤波器的电容器的基本工作规律，指出其运维故障问题，并相应探讨故障处理方法。

一、电力系统换流站中的交流滤波器电容器基本概述在电力系统换流站中，交流滤波器属于高压直流输电系统中的核心组成部分，其基本原理就是融合了不同类型电容器以及电阻，其中某一个谐波会产生较低电阻，这导致谐波电流直接离开系统。

在消除滤波器所产生的交流端谐波过程中，也防止谐波进入系统内部，此时电容器同步存在，导致电流超限。

而在通信系统中，则容易产生并输出大量无功功率，其对于滤波器运行期间所消耗的无功功率补充有一定好处。

从某种程度来讲，换流站中的每一组交流滤波器都会配备防过载保护装置，这一装置的共同保护交流滤波器作用重大，需要加以重视。

而同时，也需要解决滤波器故障问题[1]。

二、电力系统换流站中的交流滤波器电容器的故障问题电力系统换流站中交流滤波器电容器故障问题较多，下文简单分析两点：（一）单支电容器内部元件的故障问题在电力系统换流站中，如果交流滤波器电容器发生故障，其故障元件的内部保险丝也会发生故障问题，其中缺省的隔壁元件k可以表示相应数据内容，即便内部保险丝没有熔断，其单电容元件的平行部分也会相对较短，电路故障绝缘k元件数量会降低到10个以下，不平衡电流就此产生。

±500kv换流站交流滤波器的故障探究摘要：介绍了高压直流输电系统中无功功率控制的作用，分析了±500kV换流站交流滤波器的配置和切割控制原理，结合交流滤波器运行过程中的事故，分析了缺陷，提出了改进措施。

关键词：高压直流输电系统；无功控制；交流滤波器无功功率控制最重要的构成是换流站交流滤波器的激光切割操纵。

当无功负荷控制设定为全自动方式时，换流站交流滤波器可选用自动控制系统或手动式控制。

当选用自动控制系统时，换流站交流滤波器由无功负荷控制激光切割；当选用人工操纵时，换流站交流滤波器由手动式决策。

假如换流站交流滤波器未投入运作，则认为换流站交流滤波器不能用，直流负荷可能受到限制。

因此,必须对投入的无功功率补偿容量进行控制。

无功补偿装置的激光切割控制主要包含不平衡无功功率控制和交流电流控制。

1交流滤波器激光切割控制1.1交流滤波器配备在换流站，交流滤波器通常是连接在换流变压器交流侧母线上，不但承受较高的电压，母线不仅承受较高的电压。

由于不同的谐波电流和不同的换流器换相时消耗无功，流过的基波电流和谐波电流过多。

交流滤波器连接方式多样，母线电压波动较大。

同时，由于正常运行状态下较大的谐波电流流动，会影响交流滤波器的过载保护。

1.2交流滤波器激光切割基本原理换流站交流滤波器的激光切割由直流电站自动控制系统的无功负荷操纵，以补偿直流变换器的无功负荷和谐波滤波器。

换流站交流滤波器的全自动激光切割遵循下列标准：依据最少滤波器配备，A.B交流滤波器各1组，随后依据体系必须投入第二A+B组；全部A型交流滤波器投入C型交流滤波器。

假如某类别的交流滤波器不可以应用，则取代的交流滤波器将按实体模型A→B→C36→C48的次序拆换；同一种类的交流滤波器将依照先投先退的标准全自动激光切割。

换流站交流滤波器的激光切割优先选择于换流站电力电容器。

最先投入需要的换流站滤波器，随后投入换流站电力电容器；反过来，先断开换流站电力电容器，随后断开换流站滤波器。

基于换流站换相失败预防控制的分析与处理殷培峰;孙红英【摘要】随着高压直流输电系统在输电工程中的迅速发展，我国已成为世界上直流输电线路最多、输送容量最大的国家。

由于直流输电系统中换流站受交流电压幅值降低、直流电流突增、交流换相电压过零点相角偏移等因素的影响，与弱交流系统相连的逆变器容易发生换相失败。

特别是在多馈入直流系统中，因换流站之间的相互作用，换相失败更为敏感。

将会导致传输功率中断和增加换流站设备的应力，严重时会导致直流系统闭锁。

因而必须采取有效措施，保证直流输电系统的正常运行。

%With the rapid development of HVDC transmission system in power transmission engineering,China has become the country with the largest amount of DC transmission lines and the largest transmission capacity in the world.As the conversion station in the DC transmission system is affected by the AC voltage drop,DC current surge and phase angle deviation of the AC commutation voltage at zero point,commutation failures are likely to happen in the converter connected with the weak AC system.Particularly in multi-in-feed DC systems,commutation failure becomes so sensitive due to interactions between the converter stations that it might interrupt transmission power and increase the stress of converter station equipment,or even block the DC system in the most serious circumstance.Therefore,effective measures must be taken to ensure the normal operation of DC transmission systems.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P8-9,22)【关键词】换流站;逆变器;换相失败预防控制器;熄弧角;DSP控制器;强迫换相换流器【作者】殷培峰;孙红英【作者单位】兰州石化职业技术学院，甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060【正文语种】中文【中图分类】TM451+.20 引言随着我国国民经济的增长、用电需求不断增加，采用超远距离、超大容量的电力传输成为必然，为减少输电线路的损耗和节约土地资源，需要一种经济高效的输电方式，特高压直流输电技术恰好迎合了这一要求。