[科普中国]-直流滤波器

直流滤波器是一种主要用于阻碍并短路交流信号的滤波器。可用电容进行滤波使输出波形更平稳。通过电容串联提高耐压，并联加大容量来使输出的直流更平稳。直流滤波器作为换流站的重要设备，并联装设在直流高压母线和中性母线之间，是抑制高压直流输电系统（HVDC）直流侧谐波的最有效手段。

简介直流滤波器作为换流站的重要设备，并联装设在直流高压母线和中性母线之间，是抑制高压直流输电系统（HVDC）直流侧谐波的最有效手段。从国内直流工程运行的情况来看，直流滤波器故障占直流故障的比例较大。根据上海南桥换流站的事故统计，在1989年到1998年中直流滤波器故障占首位，2001年直流滤波器故障占导致直流系统停运故障的18%。直流滤波器对直流输电系统的安全稳定运行具有十分重要的作用，必须对其提供完善的保护功能。

发展状况直流滤波器保护在国内外直流工程中的应用还不是十分成熟。这是由于直流系统运行方式的多样性以及谐波电压、电流的多变性所决定的，这种特性要求直流滤波器的保护应该能不失真地反映多个频率的电量。此外，直流滤波器保护采用何种算法、定值与整定原则等来保证其灵敏性和可靠性尚待进行深入的研究1。

直流滤波器保护原理在直流每个换流站每极分别装设两组三调谐TT 12/24/36无源滤波器，每组滤波器配置两套完全相同的控制保护装置。其保护功能主要围绕12次谐波作为判据，采用SIEMENS的数字式多微处理器系统SIMADYND实现。

直流滤波器主要由高压电容器、高压电抗器、低压电容器、低压电抗器等元件组成。从直流滤波器保护的对象来分，针对滤波器整体设置了差动保护和失谐保护；针对高压电容器设置了不平衡保护、过负荷保护和桥差过流保护；针对高压电抗器设置了反时限过流保护；针对低压电阻/电抗器设置了过负荷保护。

电容器不平衡保护动作原因分析直流滤波器的不平衡保护用于保护电容器免受由于故障电容器单元对完好电容器组造成的过应力而使电容器单元雪崩损坏。高压电容器是直流滤波器中价格最贵的元件，耐受直流线路上所有的直流电压和大部分谐波压降，因此对不平衡保护的灵敏性要求非常高。一般将电容器分成容量相等的两个支路，以便检测故障，当某一支路中电容器有损坏时，两个支路中的谐波电流就会出现不平衡。但由于直流系统运行方式的多样性以及谐波电压、电流的多变性，导致流过直流滤波器的谐波电流中的谐波分量随时间变化，在电容器损坏相同的情况下，其不平衡电流也不同。此外，在直流滤波器正常情况下，由于制造误差、电容器元件的老化以及温度、阳光等外界环境参数会使电容值发生变化，也会导致不平衡电流的产生。

为了找出电容器不平衡保护暂态段频繁动作的原因，我们对该保护的定值整定原则、判据原理进行了分析。从历次不平衡保护误动作的ITD/ITS波形可以看出，ITD/ITS在超过正、负定值两个方向快速不规则跳变，而单个方向超过定值的连续时间均未达到出口时间800ms，这些都不是直流滤波器电容器真正故障时的波形。由于当前版本软件中800ms 的保护延时逻辑放在或逻辑之后，ITD/ITS交替满足正、负定值动作判据，因此造成保护的误动作。

电容器不平衡保护的改进根据不平衡保护误动作原因的分析，对版本的软件逻辑提出改进：将大于30.3%和小于-30.3%两种判据分别进行800ms 延时，可以有效避免扰动情况下快速段保护的误动作。

为了对修改后的不平衡保护逻辑的正确性进行验证，利用南网研究中心仿真实验室的直流滤波器保护系统测试平台进行了历次故障波形回放试验，由于故障波形单个方向超过定值的连续时间均未达到出口时间800ms，能够有效避免不平衡保护的误动作2。

总结从国内投运的直流工程运行情况入手，通过分析直流滤波器保护动作的情况和原因，找出直流滤波器保护算法与逻辑存在的问题和不足，提出了改进方案，并予以实施，仿真结果及现场运行情况表明改进方案是有效、可行的2。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学