变电站保护小室直流滤波屏拆除研究

肖珺，刘珍



变电站保护小室直流滤波屏拆除研究

肖珺，刘珍

（国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430000）

20世纪80年代微机保护兴起。保护所用直流电源电缆经过高压交流场受到一定程度干扰，由于缺乏继电保护抗干扰标准，为了防止干扰经直流电源串入保护装置，直流电源进小室前先经过直流滤波装置滤波。因直流系统所带负荷为全部同时停运，所以，也无法对直流滤波屏开展检修。刚刚投运时因设备较新、设备运行状况尚可，但是随着投运年限增长，设备年久失修，设备每况愈下，特别是绝缘问题突出，已经严重影响直流系统、继电保护乃至整个电力系统的安全、稳定运行，解决直流滤波器的设备健康问题刻不容缓。

变电站；直流滤波器；滤波屏；直流母线

1 现状调查

直流滤波器检修面对的困难：①直流所带负荷是继电保护及安全自动装置、开关分合电压极其重要，绝不允许失电。②两段直流母线，每段均经过两路直流滤波器连接，看似双重化冗余配置。然而两段的每路的直流滤波器均在同一屏内，空间狭小，且每段直流母线的负荷均不可同时停运。因每段的两路直流是通过切换开关切换，在切换过程中有个失压的过程，导致虽有2路，但是长期只有一路运行，且这一路永无切换机会。

直流滤波器存在以下问题：①阴雨天气时因湿度过大，冬季时因地热受潮严重；②空间狭小无法配备驱潮装置；③挨着墙面无法防腐、滤波屏锈蚀严重；④绝缘老化；⑤直流系统的接地电阻在天气恶劣时时常低于200 k，甚至低于20 k的事件偶有发生。

直流滤波器运行工况：直流滤波器绝缘降低，经常导致直流接地。直流接地发生在其他设备上尚可解决，但是发生在直流滤波屏上，因所带负荷无法同时停用，不能对其检修。因此，直流滤波器导致的接地无法处理。

直流滤波器在系统中的应用情况：直流滤波器只安装在2000—2005年投运的变电站，之后投运的变电站均未配置直流滤波器。直流滤波器的结构如图1所示。2000年前的变电站保护小室不在交流场，在主控楼内。2005年后投运的变电站从设计到施工均考虑电磁兼容，也未配备直流滤波屏。根据以上现状调查情况，直流滤波器的存在给变电站的设备运行带来了危害，本QC小组将研究直流滤波器的拆除。

2 目标设定

拆除变电站的直流滤波器，解除直流滤波屏对直流系统及电网运行的危害。

图1 直流滤波器的结构

3 目标可行性分析

根据变电站设备情况，建立如下模型。各类干扰导线与直流电源线平行。500 kV变电站直流电缆与放电导线距离一般有10 m，平行长度取5 m；直流电缆2根直流导线距离为20 mm，导线与屏蔽层距离为20 mm，导线与接地铜牌距离为0.2 m；差模取电缆内2跟导线的距离，磁通面积取5×0.02=0.1 m2，在屏蔽层两端接地良好的情况下取共模取磁通面积为0.1 m2。当无屏蔽层，共模取导线与接地铜排距离，磁通面积为1 m2。为了简化计算，忽略其他电磁影响。

4 正常负荷电流影响

500 kV变电站额定电流一般为3 000 A。

差模感生电动势、屏蔽线良好共模感生电动势为：

无屏蔽线感生电动势：

4.1 正常负荷时谐波影响

根据《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549—93）取电能质量合格要求，谐波5%，取开关电源频率2 kHz。

差模感生电动势、屏蔽线良好共模感生电动势：

无屏蔽线感生电动势：

4.2 稳态短路电流的谐波影响

故障电流取60 kA，电流波形取3次谐波，根据统计电力系统内故障电流基本小于60 kV，稳态电流以基波为主，取3次谐波时模拟最恶劣环境下的简化计算，实际数值远小于计算值。

磁感应强度为：

差模感生电动势、屏蔽线良好共模感生电动势：

无屏蔽线感生电动势：

4.3 雷电流的影响

雷电流取中国平均值30 kA，波头取2.6 μs，波头电流大小78 kA。

磁感应强度：

差模感生电动势、屏蔽线良好共模感生电动势：

无屏蔽线感生电动势：

均小于GB/T 14598.10中 A级4 kV，B级2 kV；均小于GB/T 17626.5中4级4 kV，3级2 kV。对于短路瞬间冲击，波形雷电类似，实际大小均略小于雷电波，参照雷电计算。对于分合开关的冲击电流，无论是电流大小，还是能量强度均不超过雷电流。在满足雷冲击的前提下必然满足故障电流和分合开关的冲击电流。

5 计算验证

正常负荷情况下，某相近变电站500 kV#1保护小室用示波器捕捉直流电压1.37 mV，直流交串直显示AC电压为0，实际测量值与计算值相近，切满足波纹系数要求。因雷电及短路电流难以捕捉，改用MATLAB仿真模拟测试，测试值与计算值相近。

根据计算及仿真和实测验证，在没有直流滤波屏的情况下，交流场对直流电缆的干扰值均小于国标规定值，小于保护装置抗干扰限值。没有直流滤波屏的直流电源满足保护装置电磁兼容要求，保护装置能够耐受交流场的各类干扰。对于存在直流滤波屏的老旧变电站，可以拆除直流滤波屏；对于新投运设备，无需在各保护小室直流电源入口处安装直流滤波屏。

6 实施拆除

拆除分为以下几步：①直流所带负荷停电。②直流滤波屏及直流分屏停电。③测量35 kV#1小室门口直流滤波屏8个接线端子对地电压为0.④现场施工、试验。解开接线，使用工具拆卸电容器地线，把放电电阻其中一个夹子夹住拆下的电容器地线，并做好绝缘；使用工具拆卸其中一个电容器母线接线，把放电电阻另一个夹子夹住拆下的电容器母线接线端并保持1 min以上，使用万用表确认没电压后取下夹子，对电容器母线接线端子做绝缘处理；对不同电容器重复做以上操作，完成电容器退出运行；电容器退出运行后，对电容器柜底母线端子使用绝缘布做隔离防护；将8根进线与8根按照对应关系各自连接。

7 隔离恢复、调试

用摇表摇对地绝缘及相间绝缘（相邻红绿为一组）；将直流配电屏，每组正负短接，测量回路接触电阻；直流配电室#1、#2直流主屏隔离措施解除，逐一恢复送电，逐一检查对应关系检查对地及相间电压是否正常；将直流分屏I、II段恢复原先位置，并分别测量电压正常，负荷灯正常。

［1］金芬兰，王昊，范广民，等.智能电网调度控制系统的变电站集中监控功能设计［J］.电力系统自动化，2015，39（01）：241-247.

2095－6835（2018）24－0080－02

TM63

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.080

〔编辑：张思楠〕