电力线路载波器原理及无功补偿的影响

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摘要：介绍了电力线路载波器的工作原理，结合实例详细阐述了电力线路载波器在滤除高次谐波、提高电力通信质量方面的重要作用。最后提出电力线路载波器在运行维护过程中的风险，指出调谐元件发热起火，最终导致整个干式电抗器起火是后果最严重的风险，取消交流电力线路载波器不会影响换流站无功补偿，是消除该风险的可行方法。

关键词：电力线路载波器；原理；无功补偿

引言

电力线路载波器（powerlinecarrier）简称“交流PLC滤波器”，安装在换流站的交流场区域，用于滤除换流器产生的高次谐波，避免高次谐波进入交流电网对载波通信、继电保护、安稳等装置产生干扰[1]。随着我国电力系统的快速发展，电力线路载波器被大量安装在超高压、特高压直流输电工程的换流站。近几年，因电力线路载波器故障而导致远距离、大容量直流输电系统强迫停运的事故屡见不鲜，事实表明，电力线路载波器在长期运行过程中确实存在起火的风险。

1电力线路载波器工作原理与作用

1.1电力线路载波器原理

电力线路载波器由干式电抗器、电容器组和调谐元件三部分组成，调谐元件安装于干式电抗器内部。电力线路载波器并联于换流器与交流电网之间，如图1所示。电力线路载波器实质是一个LC无源网络，LC谐振电路维持谐振滤波特性，同时也能部分补偿源阻抗或负载阻抗变动对滤波特性的影响[2]。调谐元件一般由电容、电阻组成，有串臂和并臂两种结构，串臂调谐元件影响电力线路载波器在整个高频段的特性，并臂调谐元件影响电力线路载波器在高频段某个频率点的特性。通常情况下，安装串臂调谐装置后，电力线路载波器即可滤除特定范围的谐波。若安装串臂调谐装置后，高频段仍有部分谐振点噪声超标，可安装并臂调谐装置[3]。以某±500kV换流站的电力线路载波器为例，其工作频率是30～500kHz，如图2所示，其中在30～100kHz频率呈现较高的阻塞阻抗。实际应用中能够对100kHz以下的高频谐波噪声起到较好的阻塞作用，阻止噪声信号串入线路对载波通信造成干扰。

1.2电力线路载波器的作用

换流器产生的谐波除低频分量外，还有高频分量，频率超过20kHz的分量为电力线路载波噪声。电力线路载波器的作用为滤除换流器产生的频率超过20kHz的高次谐波，换流站不装设电力线路载波器的直接后果是交流出线端部谐波干扰水平超标，同时，与本厂站相连的其他厂站交流母线谐波干扰水平也将超标，影响通信质量，可能导致继电保护装置误动。某±500kV换流站与周边变电站电气连接情况如图3所示。站A、变电站B、变电站C，均采用光纤通道通信，但与该换流站电气连接的变电站A与其他厂站通过载波通道通信，若该换流站未安装电力线路载波器，谐波将流过变电站A与变电站D的载波通道，若变电站A或变电站D的纵联保护载波机判断该信号为保护允许的跳闸信号，将导致纵联保护误动。

2电力线路载波器对无功补偿的影响

电力线路载波器由电容、电抗、避雷器等组成，但几乎不会影响换流站无功补偿效果。常规直流输电工程送端、受端换流站各安装大量交流滤波器，用于补偿换流器从系统吸收的无功，使换流站交流母线电压保持在一个合理范围内。在电力线路载波器设计阶段，在保证阻塞高频谐波噪声的前提下，应尽量选择容量较小的电容、电抗，使载波器无功容量较小。某±500kV换流站直流系统额定功率3200MW，交流滤波器最多可提供容性无功2016Mvar，但两组电力线路载波器共产生容性无功约60kvar，对系统无功补偿效果影响甚微。

3电力线路载波器的运行风险

电力线路载波器的电阻、电容元件要承受巨大的无功电流和无功电压，运行工况恶劣。表1为某电网公司部分换流站从2008年至今电力线路载波器故障统计情况[4]。从表1可知，电容器渗漏油、接线板发热是主要运行风险。调谐元件发热概率不高，但调谐元件发热经常导致起火，最终会使整个干式电抗器起火，是后果最严重的风险，将直接导致直流单极闭锁或强迫停运，不仅影响供电可靠性，而且危害电网安全。调谐元件由电容、电阻及并联在电容旁边的避雷器组成。调谐装置发热起火是由于运行中的电力线路载波器在某一频率点会发生串联谐振，导致调谐装置流过较大谐振电流而发热，长期运行易使电容或电阻老化甚至电击穿，从而发生火灾。

4结语

电力线路载波器起着滤除换流器产生的高次谐波，避免高次谐波进入交流电网，防止继电保护装置误动的作用，但也存在运行风险。近五年，国家电网公司和中国南方电网有限责任公司均出现过多次因交流PLC滤波器故障而导致直流输电系统强迫停运的电力事故，故障原因主要为调谐元件发热起火、电抗器匝间击穿、电抗器起火。为消除这类风险，可研究取消交流PLC滤波器是否对电力载波通信产生干扰，若取消交流PLC滤波器后，背景噪声在可接受水平，可考虑取消已投产的交流PLC滤波器。国家电网公司、南方电网公司的常规直流输电工程已有取消交流PLC滤波器或交流PLC滤波器调谐装置的实例[5]。

［参考文献］

[1]张琪祁，郝全睿，黄莹，等.直流输电系统PLC噪声滤波器的设计[J].高电压技术，2009，35（9）：2299-2305.

[2]郑劲，文俊，石岩，等.特高压直流输电直流侧高频干扰及滤波器型式[J].高电压技术，2006，32（12）：174-177.

[3]刘丽芳，杜明军.高压直流换流站载频噪声滤波器研究[J].电力系统通信，2006，27（12）：49-53.

[4]肖遥，张小武，邬雄，等.HVDC换流站取消载波通信噪声滤波器的可行性[J].电力系统自动化，2007，31（10）：102-107.

[5]陈岳.兴仁换流站换流阀噪声对电力线载波系统的干扰[J].电力系统通信，2006，27（5）：30-36.

作者：孙上元 朱侨杰 杨海亮 单位：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局