特高压直流输电工程交流滤波器的配置

特高压直流输电工程交流滤波器的配置

0交流滤波器暂态定值的确定中国能源资源主要分布在西部，负荷中心集中在东部。这种不平衡增加了对长距离供电和电网的连接需求。直流输电工程的建设有效地缓解了我国资源分布的不均衡,±800kV电压等级直流西电东送工程是我国特高压直流的标志性输电工程。直流输电工程中换流站的交流滤波器用于滤除换流器产生的各次谐波,同时补偿换流器工作所需的无功功率。交流滤波器元件的暂态定值计算包括滤波器电容器、电感、电阻等元件及其绝缘水平的选择。加装避雷器可以保证滤波器元件在各种严重工况下安全运行。本文针对我国在建±800kV特高压直流输电工程,选取最恶劣运行工况下,计算了换流站交流滤波器各元件暂态定值,确定了±800kV电压等级下,避雷器配置方案和交流滤波器各元件的暂态定值及绝缘水平。1放电电流过滤器设计根据直流输电工程要求,用于交流滤波器暂态额定值的输入条件如下:1)交流滤波器的配置和元件参数;2)所选的保护方案(包括每种滤波器的避雷器的个数和位置);3)避雷器的类型以及与8/20μs和30/60μs放电电流波形相对应的最高/最低保护性能;4)避雷器上的稳态和暂时工频和谐波电压。为了确定滤波器元件的雷电冲击耐受能力(LIWL)和操作冲击耐受能力(SIWL),在雷电冲击保护水平的基础上增加20%以上的裕度,在操作冲击保护水平的基础上增加15%以上的裕度。在计算中使用了下列经验数据:1)连线和电容器的单位长度杂散电感按2.0μH/m考虑;2)电抗器用1个电感和电阻串联来模拟。电阻值根据电抗器品质因数计算得到。仿真计算使用ManitobaHVDC研究中心提供的PSCAD/EMTDCTM4.2.1版进行仿真计算。2两端滤波器结构±800kV直流输电工程送端采用的3种滤波器BP11/BP13、HP24/36和HP3,受端站采用双调谐滤波器HP12/24。两端换流站滤波器参数如表1所示,滤波器结构如图1～3所示。图中,C1、C2为电容器,L1、L2为电抗器,F1、F2为避雷器,R1为电阻器,Lx为暂态短路电抗,其中Lng、LF12、LF11、LF22、LF12、LF21和LC1为杂散电抗,RL1和RL2为电抗器内电阻。3滤波器放电时的能量直流输电工程中滤波器避雷器的选取原则有:①连续和暂时运行电压的峰值,包括谐波分量;②在正常投切滤波器时计数器不动作;③滤波器放电时的峰值电流;④滤波器放电时的能量。避雷器参数选择首先要考虑避雷器位置上的连续和暂时运行电压,滤波器各元件上的最大连续运行电压有效值Uarr及主要谐波电压Un(n谐波次数)参见表2和表3所示。3.1避雷器最大连续运行电压避雷器的最大连续运行电压(MCOV)是根据最恶劣的基波电压和谐波电压的组合确定的。交流滤波器避雷器的电压包含多个谐波分量,根据下面的公式可获得总电压值Uarr(t)=50∑n=1Uncos(nω0t+φn)。(1)Uarr(t)=∑n=150Uncos(nω0t+φn)。(1)式中:Uarr(t)、n、Un、ω0和φn分别是避雷器的最大连续运行电压、谐波次数、谐波电压、基波角频率和每个谐波的相角。由于不同运行条件下的相角(φn)不同,保守的算法是令φn=0,即将所有谐波分量直接线性相加得到总电压值。3.2效值uref是否足够需要验证根据上述MCOV选择的避雷器参考电压值有效值Uref是否足够高,以免在正常投切滤波器时计数器动作。当通过避雷器的电流足够大时,会导致计数器动作。避雷器的计数器动作电流应在600～700A。3.3过高的放电电流和能量验证所选的参考电压Uref是否会导致过高的放电电流和放电能量。如果存在这种情况,那么应该提高参考电压,防止放电时产生过高的电流和能量。4高压避雷器参数在计算高压避雷器负载时,模拟交流母线接地故障电感Lx一般取最低值,包括故障点和故障点附近的连线的电感。此时计算出的避雷器能量也最大。计算低压避雷器的负载时,Lx的取值应使放电电流和能量达到最大值。如果将从交流系统入侵的操作冲击水平限制在交流母线避雷器的操作冲击保护水平USIPL,波前时间取250μs,高压避雷器的配合电流可采取下式近似计算Ι=C1du/dt=C1USΙΡL/250。(2)式中:C1为滤波器高压电容;du/dt为电压变化速率。±800kV直流输电工程中整流站BP11/BP13滤波器配合电流Icoord≈4.1kA,HP24/36和HP3滤波器配合电流Icoord≈8.1kA;逆变站HP12/24滤波器配合电流Icoord≈11kA。高压避雷器F1的最大能量和电流出现在近区故障中,Lx取20H,采用8/20μs的电流波形和最低避雷器保护特性,来确定F1避雷器的参数。低压避雷器F2的Lx取值应使避雷器负载达到最大,采用最大配合电流计算避雷器的最大保护水平。整流站和逆变站交流滤波器避雷器参数如表4和表5所示。其中ULIPL为雷电冲击保护水平;Icoord为避雷器配合电流。5计算结果和分析5.1暂态负载的计算仿真计算了交流滤波器电抗器和电阻器上可能出现的暂态冲击电流和能量的最大值,是电阻器和电抗器的制造的重要设计依据。表6和表7给出了交流滤波器电抗器和电阻器暂态负载计算值,可以用来确定设备耐受冲击电流的能力。对于干式电抗器,冲击耐受强度和匝间应力由最大暂态冲击电流决定。5.2交流滤波器的跨接缘形根据避雷器的参数ULIPL确定与其相连的元件的绝缘水平。高压电抗器雷电耐受水平ULIWL和操作耐受水平USIWL分别为F1和F2的ULIPL和USIPL的总和加上绝缘裕度。雷电冲击绝缘水平最小裕度取20%,操作冲击绝缘水平最小裕度取15%。±800kV直流输电工程整流站和逆变站交流滤波器各元件高压端(HV)、低压端(LV)和跨接的绝缘水平见表8和表9所示。如表8和表9中所示,HV端子绝缘水平用以选择电容器组高压端母线的支撑绝缘子;LV端子绝缘水平用以选择电容器组底部的支撑绝缘子;跨接绝缘水平用以选择电容器组内电容器单元出线套管和层间支撑绝缘子,并决定电容器单元的极间绝缘水平和短路试验电压。高压电容器的跨接水平是由交流母线避雷器保护水平和电容器低压端避雷器F1保护水平共同决定的。对于交流滤波器电抗器而言,跨接绝缘水平用以确定电抗器本体的高度和外绝缘情况,跨接绝缘水平与电抗器的设计高度成正比。交流滤波器电阻器的跨接绝缘水平决定了电阻器箱体的引线套管的长度。本文所选的交流滤波器避雷器配置方案能够满足系统安全运行要求,同时将交流滤波器设备的绝缘水平、暂态负载控制在合理的水平,降低设备制造难度,减少设备运行风险。6交流滤波器内避雷器参数及约束本文基于我国在建±800kV直流输电工程系统条件,采用最恶劣的运行条件,得到主要结论有:1)根据±800kV