選相合閘在高壓開關(guān)控制領(lǐng)域的應(yīng)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(tǒng)中的斷路器在關(guān)合瞬時，系統(tǒng)電壓和電流的初相角通常都是隨機(jī)的和不確定的，在關(guān)合空載變壓器、電容器組、并聯(lián)電抗器和空載線路時，常常產(chǎn)生幅值很高的涌流和過電壓，這樣不僅對系統(tǒng)中的設(shè)備不利，還會影響繼電保護(hù)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(shù)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(shè)備的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 選相分合閘的基本原理

斷路器選相分合閘技術(shù)是指通過一定的手段使斷路器動、靜觸頭在系統(tǒng)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(lián)電抗器和空載線路等電力設(shè)備在對自身和系統(tǒng)沖擊最小的情況下投切入電力系統(tǒng)的技術(shù)。

斷路器選相分合閘技術(shù)實質(zhì)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(guān)合，控制斷路器分?jǐn)鄷r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(tǒng)恢復(fù)電壓，從而減小乃至消除相關(guān)的電磁沖擊效應(yīng)。

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(guān)鍵在于斷路器的機(jī)械穩(wěn)定性(即合閘時間的穩(wěn)定性)和絕緣特性的分散性(即預(yù)擊穿時間的分散性)。

斷路器的機(jī)械穩(wěn)定性應(yīng)滿足每次合閘時間偏差在±1ms以內(nèi)，為了保證合閘時間的穩(wěn)定性，斷路器操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能要穩(wěn)定，但斷路器機(jī)械特性時會受到環(huán)境溫度、控制電壓、SF6氣體壓力、動作次數(shù)、靜置時間等各種因素的影響，所以只有對這些因素進(jìn)行大量試驗研究，找出這些因素與斷路器機(jī)械穩(wěn)定性之間的關(guān)系，得出上述各種因素的補(bǔ)償值，才能對選相合閘裝置進(jìn)行準(zhǔn)確地補(bǔ)償。

斷路器絕緣特性需進(jìn)行帶電試驗，由試驗數(shù)據(jù)擬合出RDDS值(即預(yù)絕緣強(qiáng)度下降率)，從而得出預(yù)擊穿修正系數(shù)，即選相合閘裝置的補(bǔ)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(yīng)用

對于特高壓電網(wǎng)直流系統(tǒng)中濾波器和換流變的選相合閘技術(shù)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(nèi)絕大多數(shù)換流站中，都要求開關(guān)設(shè)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(yīng)用情況：

拉薩換流站是±400千伏青藏交直流聯(lián)網(wǎng)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(yīng)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(biāo)投入時刻進(jìn)行比較，若兩者不一致，則根據(jù)兩者之間的時間偏差自動調(diào)節(jié)，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(yīng)模式下，只需將預(yù)擊穿修正系數(shù)錄入選相合閘裝置，斷路器本身斷路器合閘時間的補(bǔ)償值無需錄入。

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

(1)斷路器機(jī)械特性穩(wěn)定性驗證

為了驗證上述各因素變化與斷路器機(jī)械穩(wěn)定性的關(guān)系，進(jìn)行了大量驗證試驗，試驗方法為在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)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(huán)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(guī)律，作為選相合閘裝置設(shè)置補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。如：保持控制電壓、SF6氣體壓力、環(huán)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(qū)間內(nèi)選取幾個油壓值P1、P2、P3……，分別在 P1、P2、P3……油壓下進(jìn)行多次試驗并記錄，并將P1、P2、P3……油壓下測得合閘時間對應(yīng)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(dá)到 ±1ms范圍要求，由 P1、P2、P3……和對應(yīng)的 t1、t2、t3……為依據(jù)找出操作油壓對合閘時間的影響規(guī)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(jìn)行選相合閘帶電調(diào)試試驗。選相合閘帶電調(diào)試試驗是在斷路器合閘時間變化量滿足±1ms的條件下，設(shè)置不同的預(yù)擊穿修正系數(shù)，觀察斷路器關(guān)合時間點是否在電壓過零點的1.67ms(對應(yīng)于50%的峰值電壓)范圍內(nèi)，從而確定預(yù)擊穿修正系數(shù)的大致范圍，為現(xiàn)場帶電調(diào)試提供參考依據(jù)。

選相合閘帶電關(guān)合試驗，對斷路器斷口間電壓進(jìn)行采集，智能控制使選相裝置在電壓合適相角發(fā)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(tǒng)合閘時間(選相合閘裝置發(fā)出合閘命令開始至斷路器合閘的時間間隔)要穩(wěn)定，這要求斷路器的固有合閘時間和光纖系統(tǒng)的延時(光纖接收器帶繼電器觸點)分別穩(wěn)定，其次在系統(tǒng)合閘時間穩(wěn)定基礎(chǔ)上進(jìn)行帶選相合閘裝置帶電調(diào)試試驗。因此，需要完成以下工作：斷路器額定條件下(機(jī)構(gòu)額定控制電壓、機(jī)構(gòu)額定操作油壓、額定SF6氣體壓力)機(jī)械特性測量;光纖的延時測量;試驗系統(tǒng)的合閘時間測量;帶電聯(lián)調(diào)試驗。通過試驗得出即可斷路器的預(yù)擊穿修正系數(shù)。

(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(wěn)定性。在環(huán)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(jìn)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(jī)械操作穩(wěn)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(jìn)行出廠靜置試驗(斷路器保持分閘位置，電機(jī)電源一直帶電狀態(tài))，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(xù)操作10次(注意操作電壓務(wù)必穩(wěn)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(jìn)一步了驗證斷路器的穩(wěn)定性是否能夠滿足選相合閘要求。由于出廠試驗工作的細(xì)致和充分，在現(xiàn)場試驗中選相合閘試驗的調(diào)試一次性通過。

4 結(jié)語

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

［1］甘運良.SWITCHSYNC F236原理及其在肇慶換流站的應(yīng)用