换流阀在运行中需要消耗大量无功并分别在交、直流侧产生大量谐波，对运行中的电气设备产生危害和通信干扰。为了尽量保持系统无功平衡并消除谐波，换流站需要在交流侧加装无功补偿和滤波装置，由电容器组、电抗器、避雷器、电阻器和测量装置组成交流滤波器，提供低阻抗通道来吸收一种或多种谐波电流^[1-8]。

1 故障概状

某±500 kV换流站在调整直流输送功率时，自动无功控制切除小组交流滤波器，导致了该滤波器B套保护比例差动保护动作、零序差动动作，A套保护启动但未动作。该小组交流滤波器为HP3型，容量为160 Mvar，现场接线方式见图 1。

某±500 kV换流站切除563交流滤波器时，对应的563断路器B相断开8.5 ms左右后高压侧出现峰值为4 512 A的一次电流、低压侧出现峰值为12 203 A的一次电流，A、C相最大一次电流峰值为45 A，故障录波见图 2。

563交流滤波器A套保护启动但未动作，B套保护比例差动保护动作、零序差动动作，导致了563交流滤波器保护的“跳开关”动作出口。

2 原因分析 2.1 CT暂态特性不一致的推定

此次故障的根本原因是563断路器B相有重击穿迹象，导致了电流值异常^[9-13]，引发保护装置报警、动作。

故障发生时的事件顺序记录，即SER(sequence event record)报文中发现了报警信号“零序过流I段起动出现”，也表明是单相故障引起的零序电流出现，引发保护系统告警。但是，根据图 1中该交流滤波器的现场布置，563断路器未包含在首、末端CT的覆盖测量区域内，SER报文中“零差起动出现”、“比例差动出现”、“跳开关出现”属于异常状况。进一步导致比例差动保护动作以及零序差动动作的原因可能为首、末端CT的二次回路或励磁特性存在差异^[14-18]，导致其暂态特性不一致，引起了传变差异。该推定与故障录波情况一致，选取故障录波的主要波形通道，进行比对分析，563断路器高、低侧的电流差值明显，见图 3。

为进一步验证CT暂态特性不一致导致了保护动作异常，还需要结合此次故障的保护动作情况开展研究分析。

2.2 保护动作的分析

参照比率差动保护动作方程

$ \left\{ \begin{array}{l} {I_d}{\rm{ > }}{I_{cdqd}}, 0\mathit{ < }{I_r} \le {I_\alpha }\\ {I_d}{\rm{ > }}{k_{bl}}{I_r}, {I_\alpha } \le {I_r} \end{array} \right. $

(1)

$ \left\{ \begin{array}{l} {I_d} = \left| {{{\dot I}_1} + {{\dot I}_2}} \right|\\ {I_r} = \left| {{{\dot I}_2}} \right|\\ {I_\alpha } = \frac{{{I_{cdqd}}}}{{{k_{bl}}}} \end{array} \right. $

(2)

式中：I₁为滤波器首端电流调整电流；I₂为滤波器尾端电流调整电流；I_cdqd为比率差动起动定值，该滤波器为0.33 I_e；I_d为差动电流；I_r为制动电流；k_bl为比率制动系数整定值，装置内部固化为0.5。

故障发生时，563交流滤波器500 kV 563交流滤波器A套保护检测到B相测量值存在0.340~0.406 I_e的差流，A、C相差流趋近于0，B相差流与零序差流波形一致，满足交流滤波器差动启动定值，但大于启动定值的差流持续时间仅为4.5 ms，不满足需保持10 ms滤波器保护动作定值，差动保护及零序差动保护正确不动作，录波情况见图 4。

B套保护检测到B相测量值存在0.336 I_e~0.551 I_e的差流，A、C相差流趋近于0，B相差流与零序差流波形一致。B相差流及零序差流大于交流滤波器差动启动定值0.33 I_e，差动保护及零序差动保护启动。

根据录波数据及计算可知I_d=0.425、I_α=0.387、I_cdqd=0.194、I_r=0.173，满足保护动作方程，且持续时间为22 ms左右，大于10 ms滤波器保护动作定值，比率差动保护正确动作，录波情况见图 5。

参照零序比率差动保护动作方程：

$ \left\{ \begin{array}{l} {I_{0d}}{\rm{ > }}{I_{0cdqd}}, 0\mathit{ < }{I_{0r}} \le {I_\alpha }\\ {I_{0d}}{\rm{ > }}{k_{bl}}{I_{0r}}, {I_\alpha } \le {I_{0r}} \end{array} \right. $

(3)

$ \left\{ \begin{array}{l} {I_{0d}} = \left| {{{\dot I}_{01}} + {{\dot I}_{02}}} \right|\\ {I_{0r}} = \max \left\{ {{{\dot I}_{01}}, {{\dot I}_{02}}} \right\}\\ {I_\alpha } = \frac{{{I_{0cdqd}}}}{{{k_{bl}}}} \end{array} \right. $

(4)

式中：I₀₁为滤波器首端的自产零序调整电流；I₀₂为滤波器尾端的自产零序调整电流；I_0cdqd为零序比率差动起动定值，本滤波器为0.33 I_e；I_0d为零序差动电流；I_0r为零序差动制动电流；K_bl为比率制动系数整定值，装置内部固化为0.5。

图 4中，A套保护中563 B相差流与零序差流波形一致，保护启动但持续时间小于差动保护动作反应时间。图 5中，B套保护中563 B相差流与零序差流波形一致，根据录波数据及计算可知I_0d=0.425、I_α=0.387、I_0cdqd=0.194、I_0r=0.520，满足保护动作方程，且持续时间为22 ms左右，大于差动保护启动定值，零序差动保护正确动作。

对进入563交流滤波器两套保护装置的波形分别进行分析，见图 6、7。

图 6、7中，纵坐标为工频基波有效值，单位为I_e；横坐标为采样点数，间隔为208 μs；线1为比率差动动作门槛，线2为差流，线3表示首端B相调整电流，线4为尾端B相调整电流。

在区间74~98，从563断路器跳开电流后约5 ms，首尾端B相调整电流近乎为0；接着，在区间98~290，滤波器脉冲性对外放电，电流峰值超过12 000 A，反应到两套保护装置上均是首尾端调整电流均快速上至约0.58 I_e，差流接近0。

对于A套保护，在区间290~395，其首端B相电流和尾端B相电流出现了传变不一致。在区间290~372内，其产生的差流低于比率差动动作门槛值；在区间373~395内，其产生的差流超过比率差动动作门槛值；但持续时间低于5 ms，没有满足比率差动保护动作条件，零序差动保护的动作与之类似，因此A套保护启动但没有动作出口。

对于B套保护，在区间290~395，其首端B相电流和尾端B相电流也因CT的传变差异，产生了超过比率差动动作门槛的差流，且持续超过20 ms，满足比率差动保护动作条件，零序差动保护的动作与之类似，因此B套保护的比率差动保护与零序差动保护动作出口。

3 结论

1) 基于故障录波的分析，在该次保护动作异常故障中，从563断路器开断电流后约5 ms，首、尾端B相调整电流近乎为0；随后滤波器脉冲性对外放电，电流峰值超过12 000 A，反应到两套保护装置上均是首尾端调整电流均快速上至约0.58 I_e，差流接近0。

2) 基于保护录波的分析，在B套保护中，B相首端电流和尾端电流产生了超过比率差动动作门槛的差流，持续超过20 ms，满足比率差动保护动作条件，比率差动保护动作出口正确。

3) 基于综合分析，563断路器B相出现故障后，定值为ms级比例差动迅速动作，是符合保护逻辑的。引发此次保护动作的原因为首、尾端CT暂态特性不一致。

4) 为防范类似故障的再次发生，一方面需要提高断路器设备的内绝缘能力，从根本上减少重击穿引起电流异常的概率；另一方面需要调整匹配首、尾端CT的二次回路及励磁特性，避免其二次输出电压发生严重的畸变，导致保护装置误动作而影响电力系统的安全稳定性。