選相合閘在高壓開關控制領域的應用

費書東 王軍飛

(河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001)

系統中的斷路器在關合瞬時，系統電壓和電流的初相角通常都是隨機的和不確定的，在關合空載變壓器、電容器組、并聯電抗器和空載線路時，常常產生幅值很高的涌流和過電壓，這樣不僅對系統中的設備不利，還會影響繼電保護的動作行為以及斷路器的電氣壽命等。斷路器選相合閘技術能夠大大降低斷路器在合閘操作過程中的過電流和過電壓，從而提高了電力設備的壽命和電力系統的穩定性。

1 選相分合閘的基本原理

斷路器選相分合閘技術是指通過一定的手段使斷路器動、靜觸頭在系統電壓波形的指定相角處分合，使得空載變壓器、電容器組、并聯電抗器和空載線路等電力設備在對自身和系統沖擊最小的情況下投切入電力系統的技術。

斷路器選相分合閘技術實質是通過控制斷路器分合閘事故電壓或電流的初相角，在電壓過零時刻關合，控制斷路器分斷時的燃弧時間，使得在電流過零、電弧熄滅時觸頭間隙能承受系統恢復電壓，從而減小乃至消除相關的電磁沖擊效應。

2 影響選相合閘可靠性的重要因素

選相合閘裝置的可靠性關鍵在于斷路器的機械穩定性(即合閘時間的穩定性)和絕緣特性的分散性(即預擊穿時間的分散性)。

斷路器的機械穩定性應滿足每次合閘時間偏差在±1ms以內，為了保證合閘時間的穩定性，斷路器操動機構的機械性能要穩定，但斷路器機械特性時會受到環境溫度、控制電壓、SF6氣體壓力、動作次數、靜置時間等各種因素的影響，所以只有對這些因素進行大量試驗研究，找出這些因素與斷路器機械穩定性之間的關系，得出上述各種因素的補償值，才能對選相合閘裝置進行準確地補償。

斷路器絕緣特性需進行帶電試驗，由試驗數據擬合出RDDS值(即預絕緣強度下降率)，從而得出預擊穿修正系數，即選相合閘裝置的補償值，此值是由斷路器本身來決定的。

3 選相合閘在220kV拉薩換流站交流濾波器場GIS中的應用

對于特高壓電網直流系統中濾波器和換流變的選相合閘技術能夠有效改善斷路器合閘造成的涌流或電流畸變，消除因此而引起的換相失敗，所以在目前國內絕大多數換流站中，都要求開關設備提供選相合閘功能。下面介紹一下選相合閘在拉薩換流站應用情況：

拉薩換流站是±400千伏青藏交直流聯網工程的一部分，其中濾波器場斷路器配選相合閘裝置，本工程選相合閘要求選相合閘裝置具有自適應功能，即選相合閘裝置在每次操作之后記錄實際投入時間與原定的目標投入時刻進行比較，若兩者不一致，則根據兩者之間的時間偏差自動調節，以確保在下次操作時在斷路器的最佳相位合閘，滿足對選相合閘裝置的指令時間偏差精度要求。選相合閘在自適應模式下，只需將預擊穿修正系數錄入選相合閘裝置，斷路器本身斷路器合閘時間的補償值無需錄入。

為了滿足工程需要，我們對斷路器機械特性的穩定性和絕緣分散性進行了一系列的試驗驗證。

(1)斷路器機械特性穩定性驗證

為了驗證上述各因素變化與斷路器機械穩定性的關系，進行了大量驗證試驗，試驗方法為在一定范圍內調節某一變量，保持其他變量不變(操作油壓、控制電壓、SF6氣體壓力、環境溫度、靜置時間等)，在不同變化值下多次測得斷路器的合閘時間，找出其中規律，作為選相合閘裝置設置補償的依據。如：保持控制電壓、SF6氣體壓力、環境溫度、靜置時間不變，在斷路器重合閘閉鎖油壓至安全閥打開油壓這段壓力區間內選取幾個油壓值P1、P2、P3……，分別在 P1、P2、P3……油壓下進行多次試驗并記錄，并將P1、P2、P3……油壓下測得合閘時間對應核算出合閘時間平均值t1、t2、t3……并對比上下偏差，驗證上下偏差是否達到 ±1ms范圍要求，由 P1、P2、P3……和對應的 t1、t2、t3……為依據找出操作油壓對合閘時間的影響規律。

(2)斷路器絕緣特性分散性驗證

斷路器絕緣特性的分散性的驗證需進行選相合閘帶電調試試驗。選相合閘帶電調試試驗是在斷路器合閘時間變化量滿足±1ms的條件下，設置不同的預擊穿修正系數，觀察斷路器關合時間點是否在電壓過零點的1.67ms(對應于50%的峰值電壓)范圍內，從而確定預擊穿修正系數的大致范圍，為現場帶電調試提供參考依據。

選相合閘帶電關合試驗，對斷路器斷口間電壓進行采集，智能控制使選相裝置在電壓合適相角發出合閘命令，使斷路器在電壓過零點附近帶電合閘。

試驗采取光線傳輸，具體試驗是首先整個系統合閘時間(選相合閘裝置發出合閘命令開始至斷路器合閘的時間間隔)要穩定，這要求斷路器的固有合閘時間和光纖系統的延時(光纖接收器帶繼電器觸點)分別穩定，其次在系統合閘時間穩定基礎上進行帶選相合閘裝置帶電調試試驗。因此，需要完成以下工作：斷路器額定條件下(機構額定控制電壓、機構額定操作油壓、額定SF6氣體壓力)機械特性測量;光纖的延時測量;試驗系統的合閘時間測量;帶電聯調試驗。通過試驗得出即可斷路器的預擊穿修正系數。

(3)斷路器需追加試驗項目

1)追加20次操作試驗。在正常出廠試驗合格后，追加20次操作試驗以驗證其合閘時間的穩定性。在環境溫度為20℃，額定氣壓，額定油壓，額定操作電壓下，每隔3分鐘進行一次分、合操作，共20次，記錄合閘時間，并求20次合閘時間的平均值和每次合閘時間與平均值的差值，計算上偏差和下偏差，再次檢查斷路器機械操作穩定性。

2)追加靜置試驗。從1)條試驗合格的斷路器中任選2臺，進行出廠靜置試驗(斷路器保持分閘位置，電機電源一直帶電狀態)，每次靜置12小時后在額定條件下(額定油壓、額定氣壓、額定操作電壓)連續操作10次(注意操作電壓務必穩定)，記錄合閘時間(注意首動時間必須記錄)。

通過出廠追加試驗，進一步了驗證斷路器的穩定性是否能夠滿足選相合閘要求。由于出廠試驗工作的細致和充分，在現場試驗中選相合閘試驗的調試一次性通過。

4 結語

在實際工程中為滿足選相合閘的要求，我們進行了一系列富有成效的探索，對進一步提升高壓開關的性能和要求積累了許多寶貴的經驗。隨著國網對智能化電網要求的提高，選相合閘在智能化電站中的應用會日益增多，選相合閘在工程中的實際應用的經驗將會對以后的工程具有重要的指導意義。

［1］甘運良.SWITCHSYNC F236原理及其在肇慶換流站的應用