直流滤波器区的保护措施

24.2.5.1　直流滤波器区故障特性

直流滤波器故障及危害主要体现在以下五个方面。

1）电容元件损坏

电容器一般由若干个电容元件串并联组成。当其中的某些电容元件损坏时，电压应力由剩余的健全电容元件承担。随着电容元件损坏数目的增多，健全电容元件承受的电压应力逐步增加。当损坏数目达到一定值时，有可导致能剩余健全电容元件因承受过大的电压应力而被击穿，甚至引起雪崩，造成整个电容器的损坏。除此之外，电容元件的损坏还将导致电容器参数的改变，降低滤波器的滤波性能。

2）短路故障

直流滤波器的短路故障可以分为三类：直流滤波器主接线对地或对中性直流母线短路；电容器、电抗器、电阻器等器件本体接地短路或对中性直流母线短路；器件内部短接，例如电抗器匝间短路，电容器电容元件之间短路。从故障电气特征来说，器件本体对地或对中性直流母线短路可视为主接线对地或对中性直流母线短路的特例。

当滤波器发生短路故障后，既可能造成器件参数的改变，也可能导致预先设定的谐波通道被改变，使得滤波器无法达到预定的滤波效果。滤波器短路故障甚至还可能导致滤波器个别元器件的过电压或过电流损坏，以及引起直流系统其他部分的过电流。

3）区内、区外故障或不正常运行情况引起的电容器过电压

当换流器输出电压升高或电容元件损坏数量较多时，将造成电容器的过电压。高端电容器在运行中承担了绝大部分的母线电压，运行环境恶劣，较易出现过电压情况。低端电容器仅承担了小部分母线电压，运行环境较高端电容器要好得多，一般不会出现过电压情况。

4）区内、区外故障或不正常运行情况引起电抗器、电阻器过热

区内、区外故障或不正常运行情况下，流过电阻器和电抗器谐波电流的含量和幅值有可能超过设计值，导致电阻器和电抗器的发热量超过冷却系统的处理能力。热量不断积聚，经过一段时间后，电抗器和电阻器将过热损坏。电抗器、电阻器的过热程度与谐波电流呈反时限关系，谐波含量越丰富、幅值越大，达到相同过热程度所需的时间越短，反之时间越长。

5）滤波器失谐

滤波器失谐是指滤波器实际谐振频率偏离预期谐振频率的情况，滤波器失谐后将无法达到理想的滤波效果。在下列情况下有可能出现滤波器失谐：交流电网的频率偏差；温度变化、制造工艺误差、元件老化等因素造成器件参数相对于设计值出现偏差；电容元件的损坏导致电容器参数的改变。直流滤波器发生故障后，若不及时进行故障清除或隔离，除了会造成滤波器组成器件以及换流站其他一次设备的损坏，还将造成滤波性能的急剧降低，并有可能进一步导致直流继电保护的误动作，造成直流系统不必要的停运。

24.2.5.2　直流滤波器区保护原理及配置

根据直流滤波器接线的不同，直流滤波器区保护配置略有差别，如图24-11、图24-12所示：

图24-11　∏型接线直流滤波器保护配置图

图24-12　H型接线直流滤波器保护配置图

1）差动保护

（1）主要功能和原理

直流滤波器差动保护是直流滤波器的主保护，在直流滤波器内部发生接地短路或对中性线短路故障时可靠动作，通过检测母线侧电流与接地侧电流实现。

保护应具有防止区外故障保护误动的制动特性以及具有防止冲击电流引起保护误动的功能，Idiff为母线侧与接地侧的差流，Icdqd为差动保护最小动作电流值，Ires为制动电流，采用穿越电流作为制动电流，由于接地故障发生后穿越电流会减小，有助于提高差动保护灵敏度。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

保护动作后，应向极控系统发紧急停运指令并极隔离。

（4）整定建议

Icdqd应按躲过正常直流滤波器额定负载时的最大不平衡电流整定，保护动作时间应避免测量干扰导致保护误动作，推荐取15～20ms。

2）过电流（过负荷）保护

（1）主要功能和原理(www.xing528.com)

直流滤波器可对整体配置一段定时限过电流保护和一段反时限过电流保护，采用滤波器首端电流的特征谐波有效值。其中，定电流保护为防止过大电流造成直流滤波器损坏而设置；反时限过电流保护主要作为直流滤波器内部发热的后备保护，防止直流滤波器整体及高端电抗器L1承受过高热过应力而损坏。一般设置三段，Ⅰ段告警，Ⅱ段、Ⅲ段跳闸。

（2）保护判据

首先将流过滤波器中的电抗的电流根据各次谐波电流的等效工频系数转换成为等效的工频热效应电流。定时限过电流保护判据：

式中，Ihot为等效的工频热效应电流。

反时限过电流保护曲线根据各次谐波电流的等效工频系数转换成为等效的工频热效应电流，然后根据生产厂家提供电抗器工频流过电流时的过负荷曲线得出。

（3）故障处理策略

保护跳闸段动作后，应发出紧急停运指令和极隔离指令。

（4）整定建议

保护动作定值和时间应根据生产厂家提供一次设备过负荷曲线整定。

3）电容器过电压保护

（1）主要功能和原理

直流滤波器中，高端电容器C1承受了全部的直流电压，运行环境较为恶劣。直流滤波器高端电容器过负荷保护的目的与交流滤波器相同，均是为防止过高的极线电压降低电容器绝缘性能，对电容器造成损坏。

根据电容器过负荷程度不同，直流滤波器电容器过负荷保护一般分为告警及跳闸。

（2）保护判据

直流滤波器的高端电容器过负荷保护，一般直接通过直流测量装置测取直流线路电压UdL，利用直流线路电压与电压—时间特性配合反映电容器过负荷能力。

（3）故障处理策略

保护跳闸段动作后，应发出紧急停运指令和极隔离指令。

（4）整定建议

一般采用反时限特性，根据设备生产厂家提供的电容器可以承受的过压特性曲线进行整定。

4）电容器不平衡保护

（1）主要功能和原理

电容器一般采用∏型或H型接线，当电容器损坏时，不同桥臂的电流将出现差值；∏型接线中，根据两个桥臂的不平衡电流检测电容器运行状况；H型接线中，直接测量不平衡电流检测电容器的运行状况。

（2）保护判据

式中，Iub为直流滤波器的不平衡电流；Itro为直流滤波器的穿越电流，Iubqd为不平衡起动值。

（3）故障处理策略

保护跳闸段动作后，应能根据直流滤波器首端电流的大小，选择拉开直流滤波器高压侧隔刀或发出紧急停运指令和极隔离指令。

（4）整定建议

电容器不平衡保护的延时需要考虑直流滤波器中电容本身的承受能力，根据电容器参数给出的不同电压下电容器能承受的时间作为延时定值。