在電力系統中，各種諧波源產生的諧波會影響到整個電力系統的電氣環境，而換流器在其運行中會產生各種諧波。若對這些諧波電流不加以控制，則會影響電力系統交、直流系統的穩定運行。因此，需要配置專門的濾波裝置，以補償直流換流器消耗的無功功率，同時濾除和減少換流過程中產生的諧波，以避免對交流系統造成的影響。對應的交流濾波器保護裝置也就應運而生。

在目前變電站中，智能采樣和常規采樣同時存在已成為常態。混聯采樣的繼電保護（簡稱繼保）裝置越來越多。本文以一種混聯采樣模式下的交流濾波器保護裝置為基礎，對其測試方法進行了研究，設計了一個針對混聯采樣交流濾波器保護裝置中不平衡保護測試的測試系統。

1 現狀分析

換流站是高壓直流輸電的一種特殊方式，可實現異步聯網以及不同交流電壓的電網互聯。為限制換流器產生的諧波影響，需要為換流器配置專門的交流濾波器來濾除這些諧波電流等，以保證電網的整體質量達標。

交流濾波器為了達到濾除諧波的目的，其中部分電路可能要被調諧于某個諧波分量，這種諧振作用會帶來諧振過電壓或過電流，因此需要對該部分電流設計進行特殊的保護，從而導致不同交流濾波器的保護配置不盡相同。圖1所示為雙調諧（高通）型雙電容器塔的電路和保護示意圖。

交流濾波器中最重要的組成部分是高端的電容器，為了有效地保護這些電容器，現場一般用H型接線連接起來，正常情況下電容器組中間的橋接線上沒有電流流過，而一旦電容器發生擊穿或熔絲熔斷等故障之后，橋上就流過了不平衡電流。通過檢測該不平衡電流可檢測電容器是否發生故障，且可由該不平衡電流看出電容的損壞程度。交流濾波器保護裝置的電容器不平衡保護，就是通過檢測不平衡電流的大小來間接計算電容器單元損壞的個數。

圖1 雙電容器塔的電路和保護示意圖

如以上電容C1動作判據為

公式1

式中：ITA2?校正為校正后不平衡相電流；ITA3?為尾端相電流；Kset為設定閾值；In為電流設定閾值。

目前現場投運的交流濾波器保護裝置的不平衡保護定值通常很小，一般為幾十毫安到一百多毫安，這就要求保護裝置必須對不平衡電流有很高的測量精度。

不平衡保護計算所使用的電容器不平衡電流和尾端電流為混聯采樣，通常尾端電流為常規采樣電流互感器（current transformer, CT），電容器不平衡相電流為一種鏈路的傳輸格式（FT3）、低功率電流互感器（low power current transformer, LPCT）等數字CT。

在對交流濾波器保護裝置的電容器不平衡保護進行測試時，交流濾波器保護裝置的尾端電流要通過常規測試儀的輸出加量，電容器不平衡相電流要通過智能測試儀的輸出加量，這就要求常規繼保測試儀和智能繼保測試儀分別輸出不同通道的采樣值。雖然無論是常規測試儀還是智能測試儀，單測試儀的輸出值及其精度均準確可控，但不同測試儀輸出不同類型的采樣值，卻難以實現實時、同步和可控。

電容器不平衡保護的計算對混聯采樣值的實時性、同步性、可控性和精度的要求都很高。因此，采用測試儀直接輸出采樣值的方法，輸出混聯采樣的電參量，輸出值的隨機性大。在實測使用該值進行不平衡保護計算時，不平衡度的隨機誤差很大。在這種情況下，要保證混聯采樣不平衡保護測試結果的準確性，就存在較大的困難。

2 設計方案

本文提出一種針對混聯采樣模式下不平衡保護的測試方法，并設計該測試系統，用于解決在進行該繼電保護裝置性能測試時，常規繼保測試儀、智能繼保測試儀的輸出值不同步，測試結果隨機、不確定且不能保證測試結果可靠性的問題。

2.1 系統組成

測試系統包括同步模塊、第一控制模塊、第二控制模塊、常規繼保測試儀和智能繼保測試儀。測試系統示意圖如圖2所示。當進行測試時，將測試系統通過不同的控制模塊分別與測試儀進行連接，將常規繼保測試儀連接第一控制模塊，智能繼保測試儀連接第二控制模塊，將常規繼保測試儀和智能繼保測試儀分別連接被試繼保裝置。

圖2 測試系統示意圖

2.2 同步模塊設計

同步模塊包括同步對時功能和同步控制功能。

同步對時功能采用全球定位系統（global posi- tioning system, GPS）對時等方法，保證了對時可靠、準確和高效，確保第一控制模塊和第二控制模塊這兩個控制模塊的系統時間盡可能保持一致。

由同步模塊發出控制指令，使這兩個控制模塊在同步控制命令的統一指揮下協同工作。為提高控制同步水平，控制命令采用開關量輸出DO方式輸出，第一控制模塊和第二控制模塊以開關量輸入DI輸入端口接收該信號。對時系統與測試儀的連接示意圖如圖3所示。

圖3 對時系統與測試儀的連接示意圖

以GPS對時為例，對時精度為10◆s，以輸出電流為1A來計算，GPS同步對時后的電流輸出同步誤差達到0.005mA以內。以尾端電流二次值為100A、不平衡度為1%來計算，校正后的不平衡電流為1A。該測試儀輸出的同步誤差，滿足不平衡保護的誤差要求。在使用同步模塊進行同步對時和同步控制后，使不同測試儀的輸出值得到同步，保證了測試結果的準確性。

2.3 測試連接

圖4所示為混聯采樣的濾波器繼保裝置連接示意圖。常規繼保測試儀與常規采樣輸入回路（如電流互感器CT/電壓互感器PT）以及常規開關量輸入/輸出進行連接。智能繼保測試儀與裝置的數字采樣輸入通道（如采樣值SV）以及智能站面向通用對象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）輸入/輸出進行連接。

圖4 測試儀與被試繼保裝置的連接示意圖

3 測試實施

3.1 測試要求

如圖3所示，同步模塊應至少包括兩組同步電纜接口，并通過同步電纜分別連接第一控制模塊、第二控制模塊的對時端口和DI輸入端口。第一控制模塊連接常規繼保測試儀，第二控制模塊連接智能繼保測試儀。

如圖4所示，被試繼保裝置的采樣輸入分別通過常規測試儀和智能測試儀來施加。若被試繼保裝置的輸出反饋能直接連接到測試儀，則通過電纜直接連接。實際的保護連線與保護配置應保持一致。

若被試繼保裝置的反饋方式不同，則不能直接連接測試儀，可通過智能終端等輔助設備，將GOOSE信號轉換成裝置接收要求方式的反饋，再連接到繼保測試儀和被試繼保裝置，以使本測試系統能適應更多輸入/輸出方式的被試繼保裝置。

在對混聯采樣交流濾波器繼保裝置的不平衡保護進行性能測試時，如尾端電流采用常規采樣CT，電容器電流可采用空心線圈、LPCT或FT3采樣方式，那么電容器不平衡保護性能測試就需要使用本文中所述的測試系統。

3.2 具體測試實施

首先分別將同步模塊連接第一控制模塊、第二控制模塊，再將第一控制模塊和第二控制模塊分別連接常規繼保測試儀和智能繼保測試儀，最后將常規繼保測試儀和智能繼保測試儀與被試繼保裝置進行連接。將測試系統的同步模塊通過同步對時和同步控制命令，保證常規繼保測試儀和智能繼保測試儀間輸出的實時同步性。

根據保護原理和邏輯編制相應保護的測試用例，并按其測試用例，常規繼保測試儀進行常規信號輸出，智能繼保測試儀進行數字信號輸出；再通過被試繼保裝置的反饋，來判斷被試繼保裝置性能的正確性。

3.3 測試注意事項

在對被試繼保裝置進行性能測試時，同步模塊向第一控制模塊和第二控制模塊輸出同步控制命令，保證兩個控制模塊輸出信號的同步。常規繼保測試儀和智能繼保測試儀在各自所連接的控制模塊的控制下，將同步后的故障量各自輸出給被試繼保裝置。

但在實際測試系統中，即使系統時間和控制命令是同步的，不同的常規繼保測試儀和智能繼保測試儀的輸出延遲時間也可能不同，此時，需要根據測試儀的輸出特性，通過調整控制模塊參數的控制輸出進行微調，以盡量補償由于繼保測試儀間的輸出特性差異而導致的故障輸出不同步。

該實例在LPCT采樣方式下對電容器電流進行測試，H橋結構的電容器連接如圖1所示。在濾波器第一次充電或在更換電容器后，需要對電容器的不平衡電流進行校準。實際操作時，需要對常規采樣的尾端電流和LPCT采樣的電容器電流分別進行校準。

根據電容C1動作判據公式，通過改變施加的電容器電流值來模擬元件故障造成橋中流過不平衡電流，進而間接計算電容器被損壞的個數。當其被損壞達到表1所示的不平衡度報警值或跳閘值時，該保護發出告警信號或跳閘。電容器不平衡度定值測試結果見表2。

表1 電容器電流不平衡度定值設置

表2 電容器不平衡度定值測試結果

4 結論

本文分析了混聯采樣繼保裝置性能測試的現狀及存在的問題，構建了混聯采樣繼保裝置測試系統。該系統已被成功應用于山東臨沂±800kV特高壓直流輸電工程等項目。實際應用結果表明，該系統達到了預期的設計目標。

本文設計的混聯采樣繼保裝置測試系統，保證了被試繼保裝置混聯采樣輸入值的實時同步性，解決了混聯采樣不平衡保護測試結果準確性難以保證的問題，使被試繼保裝置的性能測試結果更加準確和可靠，避免了測試結果的隨機性和不確定性。本測試系統對混聯采樣繼保裝置測試水平的提高和推廣應用具有重要意義。