電力線路載波器原理及無功補(bǔ)償?shù)挠绊?/h1>

發(fā)布時(shí)間：2023-04-19 11:34:36

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電力線路載波器的工作原理，結(jié)合實(shí)例詳細(xì)闡述了電力線路載波器在濾除高次諧波、提高電力通信質(zhì)量方面的重要作用。最后提出電力線路載波器在運(yùn)行維護(hù)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，指出調(diào)諧元件發(fā)熱起火，最終導(dǎo)致整個(gè)干式電抗器起火是后果最嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)，取消交流電力線路載波器不會(huì)影響換流站無功補(bǔ)償，是消除該風(fēng)險(xiǎn)的可行方法。

關(guān)鍵詞：電力線路載波器；原理；無功補(bǔ)償

引言

電力線路載波器（powerlinecarrier）簡(jiǎn)稱“交流PLC濾波器”，安裝在換流站的交流場(chǎng)區(qū)域，用于濾除換流器產(chǎn)生的高次諧波，避免高次諧波進(jìn)入交流電網(wǎng)對(duì)載波通信、繼電保護(hù)、安穩(wěn)等裝置產(chǎn)生干擾[1]。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力線路載波器被大量安裝在超高壓、特高壓直流輸電工程的換流站。近幾年，因電力線路載波器故障而導(dǎo)致遠(yuǎn)距離、大容量直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)的事故屢見不鮮，事實(shí)表明，電力線路載波器在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中確實(shí)存在起火的風(fēng)險(xiǎn)。

1電力線路載波器工作原理與作用

1.1電力線路載波器原理

電力線路載波器由干式電抗器、電容器組和調(diào)諧元件三部分組成，調(diào)諧元件安裝于干式電抗器內(nèi)部。電力線路載波器并聯(lián)于換流器與交流電網(wǎng)之間，如圖1所示。電力線路載波器實(shí)質(zhì)是一個(gè)LC無源網(wǎng)絡(luò)，LC諧振電路維持諧振濾波特性，同時(shí)也能部分補(bǔ)償源阻抗或負(fù)載阻抗變動(dòng)對(duì)濾波特性的影響[2]。調(diào)諧元件一般由電容、電阻組成，有串臂和并臂兩種結(jié)構(gòu)，串臂調(diào)諧元件影響電力線路載波器在整個(gè)高頻段的特性，并臂調(diào)諧元件影響電力線路載波器在高頻段某個(gè)頻率點(diǎn)的特性。通常情況下，安裝串臂調(diào)諧裝置后，電力線路載波器即可濾除特定范圍的諧波。若安裝串臂調(diào)諧裝置后，高頻段仍有部分諧振點(diǎn)噪聲超標(biāo)，可安裝并臂調(diào)諧裝置[3]。以某±500kV換流站的電力線路載波器為例，其工作頻率是30～500kHz，如圖2所示，其中在30～100kHz頻率呈現(xiàn)較高的阻塞阻抗。實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)?00kHz以下的高頻諧波噪聲起到較好的阻塞作用，阻止噪聲信號(hào)串入線路對(duì)載波通信造成干擾。

1.2電力線路載波器的作用

換流器產(chǎn)生的諧波除低頻分量外，還有高頻分量，頻率超過20kHz的分量為電力線路載波噪聲。電力線路載波器的作用為濾除換流器產(chǎn)生的頻率超過20kHz的高次諧波，換流站不裝設(shè)電力線路載波器的直接后果是交流出線端部諧波干擾水平超標(biāo)，同時(shí)，與本廠站相連的其他廠站交流母線諧波干擾水平也將超標(biāo)，影響通信質(zhì)量，可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)。某±500kV換流站與周邊變電站電氣連接情況如圖3所示。站A、變電站B、變電站C，均采用光纖通道通信，但與該換流站電氣連接的變電站A與其他廠站通過載波通道通信，若該換流站未安裝電力線路載波器，諧波將流過變電站A與變電站D的載波通道，若變電站A或變電站D的縱聯(lián)保護(hù)載波機(jī)判斷該信號(hào)為保護(hù)允許的跳閘信號(hào)，將導(dǎo)致縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)。

2電力線路載波器對(duì)無功補(bǔ)償?shù)挠绊?/p>

電力線路載波器由電容、電抗、避雷器等組成，但幾乎不會(huì)影響換流站無功補(bǔ)償效果。常規(guī)直流輸電工程送端、受端換流站各安裝大量交流濾波器，用于補(bǔ)償換流器從系統(tǒng)吸收的無功，使換流站交流母線電壓保持在一個(gè)合理范圍內(nèi)。在電力線路載波器設(shè)計(jì)階段，在保證阻塞高頻諧波噪聲的前提下，應(yīng)盡量選擇容量較小的電容、電抗，使載波器無功容量較小。某±500kV換流站直流系統(tǒng)額定功率3200MW，交流濾波器最多可提供容性無功2016Mvar，但兩組電力線路載波器共產(chǎn)生容性無功約60kvar，對(duì)系統(tǒng)無功補(bǔ)償效果影響甚微。

3電力線路載波器的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

電力線路載波器的電阻、電容元件要承受巨大的無功電流和無功電壓，運(yùn)行工況惡劣。表1為某電網(wǎng)公司部分換流站從2008年至今電力線路載波器故障統(tǒng)計(jì)情況[4]。從表1可知，電容器滲漏油、接線板發(fā)熱是主要運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。調(diào)諧元件發(fā)熱概率不高，但調(diào)諧元件發(fā)熱經(jīng)常導(dǎo)致起火，最終會(huì)使整個(gè)干式電抗器起火，是后果最嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)，將直接導(dǎo)致直流單極閉鎖或強(qiáng)迫停運(yùn)，不僅影響供電可靠性，而且危害電網(wǎng)安全。調(diào)諧元件由電容、電阻及并聯(lián)在電容旁邊的避雷器組成。調(diào)諧裝置發(fā)熱起火是由于運(yùn)行中的電力線路載波器在某一頻率點(diǎn)會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，導(dǎo)致調(diào)諧裝置流過較大諧振電流而發(fā)熱，長(zhǎng)期運(yùn)行易使電容或電阻老化甚至電擊穿，從而發(fā)生火災(zāi)。

4結(jié)語

電力線路載波器起著濾除換流器產(chǎn)生的高次諧波，避免高次諧波進(jìn)入交流電網(wǎng)，防止繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)的作用，但也存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。近五年，國(guó)家電網(wǎng)公司和中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司均出現(xiàn)過多次因交流PLC濾波器故障而導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)的電力事故，故障原因主要為調(diào)諧元件發(fā)熱起火、電抗器匝間擊穿、電抗器起火。為消除這類風(fēng)險(xiǎn)，可研究取消交流PLC濾波器是否對(duì)電力載波通信產(chǎn)生干擾，若取消交流PLC濾波器后，背景噪聲在可接受水平，可考慮取消已投產(chǎn)的交流PLC濾波器。國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司的常規(guī)直流輸電工程已有取消交流PLC濾波器或交流PLC濾波器調(diào)諧裝置的實(shí)例[5]。

［參考文獻(xiàn)］

[1]張琪祁，郝全睿，黃瑩，等.直流輸電系統(tǒng)PLC噪聲濾波器的設(shè)計(jì)[J].高電壓技術(shù)，2009，35（9）：2299-2305.

[2]鄭勁，文俊，石巖，等.特高壓直流輸電直流側(cè)高頻干擾及濾波器型式[J].高電壓技術(shù)，2006，32（12）：174-177.

[3]劉麗芳，杜明軍.高壓直流換流站載頻噪聲濾波器研究[J].電力系統(tǒng)通信，2006，27（12）：49-53.

[4]肖遙，張小武，鄔雄，等.HVDC換流站取消載波通信噪聲濾波器的可行性[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（10）：102-107.

[5]陳岳.興仁換流站換流閥噪聲對(duì)電力線載波系統(tǒng)的干擾[J].電力系統(tǒng)通信，2006，27（5）：30-36.

作者：孫上元 朱僑杰 楊海亮 單位：中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司柳州局