直流濾波器

直流濾波器作為換流站的重要設備，並聯裝設在直流高壓母線和中性母線之間，是抑制高壓直流輸電系統（HVDC）直流側諧波的最有效手段。從國內直流工程運行的情況來看，直流濾波器故障佔直流故障的比例較大。根據上海南橋換流站的事故統計，在1989年到1998年中直流濾波器故障佔首位，2001年直流濾波器故障佔導致直流系統停運故障的18%。直流濾波器對直流輸電系統的安全穩定運行具有十分重要的作用，必須對其提供完善的保護功能。

直流濾波器保護在國內外直流工程中的應用還不是十分成熟。這是由於直流系統運行方式的多樣性以及諧波電壓、電流的多變性所決定的，這種特性要求直流濾波器的保護應該能不失真地反映多個頻率的電量。此外，直流濾波器保護採用何種算法、定值與整定原則等來保證其靈敏性和可靠性尚待進行深入的研究 ^[1]  。

在直流每個換流站每極分別裝設兩組三調諧TT 12/24/36無源濾波器，每組濾波器配置兩套完全相同的控制保護裝置。其保護功能主要圍繞12次諧波作為判據，採用SIEMENS的數字式多微處理器系統SIMADYND實現。

直流濾波器主要由高壓電容器、高壓電抗器、低壓電容器、低壓電抗器等元件組成。從直流濾波器保護的對象來分，針對濾波器整體設置了差動保護和失諧保護；針對高壓電容器設置了不平衡保護、過負荷保護和橋差過流保護；針對高壓電抗器設置了反時限過流保護；針對低壓電阻/電抗器設置了過負荷保護。

直流濾波器的不平衡保護用於保護電容器免受由於故障電容器單元對完好電容器組造成的過應力而使電容器單元雪崩損壞。高壓電容器是直流濾波器中價格最貴的元件，耐受直流線路上所有的直流電壓和大部分諧波壓降，因此對不平衡保護的靈敏性要求非常高。一般將電容器分成容量相等的兩個支路，以便檢測故障，當某一支路中電容器有損壞時，兩個支路中的諧波電流就會出現不平衡。但由於直流系統運行方式的多樣性以及諧波電壓、電流的多變性，導致流過直流濾波器的諧波電流中的諧波分量隨時間變化，在電容器損壞相同的情況下，其不平衡電流也不同。此外，在直流濾波器正常情況下，由於製造誤差、電容器元件的老化以及温度、陽光等外界環境參數會使電容值發生變化，也會導致不平衡電流的產生。

為了找出電容器不平衡保護暫態段頻繁動作的原因，我們對該保護的定值整定原則、判據原理進行了分析。從歷次不平衡保護誤動作的ITD/ITS波形可以看出，ITD/ITS在超過正、負定值兩個方向快速不規則跳變，而單個方向超過定值的連續時間均未達到出口時間800ms，這些都不是直流濾波器電容器真正故障時的波形。由於當前版本軟件中800ms 的保護延時邏輯放在或邏輯之後，ITD/ITS交替滿足正、負定值動作判據，因此造成保護的誤動作。

根據不平衡保護誤動作原因的分析，對版本的軟件邏輯提出改進：將大於30.3%和小於-30.3%兩種判據分別進行800ms 延時，可以有效避免擾動情況下快速段保護的誤動作。

為了對修改後的不平衡保護邏輯的正確性進行驗證，利用南網研究中心仿真實驗室的直流濾波器保護系統測試平台進行了歷次故障波形回放試驗，由於故障波形單個方向超過定值的連續時間均未達到出口時間800ms，能夠有效避免不平衡保護的誤動作 ^[2]  。

從國內投運的直流工程運行情況入手，通過分析直流濾波器保護動作的情況和原因，找出直流濾波器保護算法與邏輯存在的問題和不足，提出了改進方案，並予以實施，仿真結果及現場運行情況表明改進方案是有效、可行的 ^[2]  。