選相分合閘裝置在交流特高壓無功補償設(shè)備上的應(yīng)用

李顯鵬，劉世安，程興民，姜 濤

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

選相分合閘裝置在交流特高壓無功補償設(shè)備上的應(yīng)用

李顯鵬，劉世安，程興民，姜 濤

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

交流特高壓變電站無功補償設(shè)備電壓等級高、容量大、投切頻繁，對投切開關(guān)要求較高，綜合可靠性和安全性考慮，浙江某交流特高壓變電站采用帶選相分合閘裝置的SF6開關(guān)，能有效降低無功設(shè)備投切時的操作過電壓和合閘涌流，減小對系統(tǒng)及無功設(shè)備的沖擊，延長開關(guān)的機械壽命，同時能規(guī)避負(fù)荷開關(guān)的不足。針對選相分合閘裝置在安裝、調(diào)試、運維階段出現(xiàn)的誤接線、誤發(fā)“事故總”信號、功能開關(guān)切換錯誤等問題進(jìn)行了分析，并給出處理建議。

選相分合閘；交流特高壓；無功補償；處理建議

0 引言

無功補償設(shè)備是變電站的重要設(shè)備，無功補償設(shè)備投切開關(guān)的性能決定了投切過電壓、合閘涌流水平，直接影響到無功補償設(shè)備及開關(guān)本身的使用壽命，性能較差時還會對系統(tǒng)構(gòu)成較大沖擊，所以其性能至關(guān)重要。為了降低投切過電壓及合閘涌流水平，專用接觸器投切開關(guān)、晶閘管電壓過零投入、復(fù)合開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)等技術(shù)在各電壓等級電網(wǎng)中不斷得到應(yīng)用[1-3]。

隨著無功補償設(shè)備額定電壓、額定功率的增大，對投切開關(guān)的性能要求不斷提高。在1 000 kV交流特高壓變電站中，無功補償設(shè)備額定電壓110 kV、額定功率200 kW左右，電壓高、容量大、投切頻率高，因此投切開關(guān)的選擇需更加慎重。

在國內(nèi)首條交流特高壓工程中，采用了具備切斷故障電流能力的SF6開關(guān)和SF6負(fù)荷開關(guān)2種技術(shù)。前者能切斷故障電流，但壽命相對較短、成本較高。后者相對壽命長、成本低，但不能切斷大的故障電流，當(dāng)故障電流較小時，由本間隔負(fù)荷開關(guān)切斷故障電流；當(dāng)故障電流較大時，需依賴上級保護(hù)來切除所在母線總開關(guān)才能切除本間隔故障，擴大了停電范圍。因此，2種技術(shù)各有利弊。

在國內(nèi)第2個交流特高壓工程中，一種帶選相分合閘技術(shù)的投切開關(guān)ABB SWITCHSYNC F236（以下簡稱F236）在浙江某交流特高壓變電站中得到了應(yīng)用。這是一種基于開關(guān)動作相角監(jiān)測，通過對開關(guān)動作相角進(jìn)行優(yōu)化選擇，最終實現(xiàn)在電流或電壓的最佳相位實現(xiàn)開斷或關(guān)合的控制技術(shù)。實測表明，F(xiàn)236對抑制無功補償設(shè)備投切開關(guān)的操作過電壓及合閘涌流效果明顯[4-6]。

因F236在電力系統(tǒng)中較少應(yīng)用，現(xiàn)場安裝、調(diào)試、運維過程中出現(xiàn)了電壓電流回路誤接線、合閘誤發(fā)“事故總”信號、功能開關(guān)切換錯誤等問題，以下對這些問題進(jìn)行分析，提出處理建議。

1 F236工作原理及效果實測

1.1 工作原理

選相合分閘裝置F236通過控制投切時間來消除有害暫態(tài)電流或電壓[7-8]。控制過程中，開關(guān)的合閘或分閘命令被延時，使觸頭在相角處于最佳狀態(tài)時接觸或分離。F236典型接線見圖1，F(xiàn)236有1個參考電壓輸入，作為判斷最佳操作時刻的參考量；2個命令輸入端子，用于接收來自監(jiān)控系統(tǒng)的分/合閘命令；3個模擬量采集端子，用于檢測分/合閘之后的電壓/電流量，與裝置設(shè)定進(jìn)行誤差比較后，優(yōu)化下次的操作時間；6個命令輸出端子，分別輸出合/分閘命令到開關(guān)三相。

圖1 F236典型接線

1.2 工作過程

F236工作過程參見圖2。F236通過歷史操作反饋獲得相應(yīng)的合閘時間TM（或分閘時間），經(jīng)處理后生成相應(yīng)的延時TV，在確認(rèn)操控信號輸入后，通過TF時間檢測參考電壓零點，以參考電壓零點為基準(zhǔn)，等待適當(dāng)?shù)臅r間TV，發(fā)出操作信號，即可實現(xiàn)在預(yù)期時刻的開關(guān)合閘（或分閘）操作。

圖2 F236工作原理

電容器開關(guān)既控制合閘，又控制分閘。控制合閘，關(guān)合瞬間選在電壓過零附近，避免產(chǎn)生幅值較大和頻率較高的合閘涌流，減輕電弧對開關(guān)觸頭的燒蝕；控制分閘，在電流過零前一段時間分閘，確保電弧熄滅后具有足夠的斷口間隙距離，使其絕緣強度恢復(fù)速度較快，大于系統(tǒng)恢復(fù)電壓上升速度，從而避免發(fā)生重?fù)舸┊a(chǎn)生過電壓，同時，燃弧時間不宜過長，以減少電弧對開關(guān)觸頭的燒蝕。

電抗器開關(guān)僅控制分閘，開斷瞬間選在電流過零附近，避免重燃的發(fā)生，減小開關(guān)分閘復(fù)燃過程中的截流過電壓，從而減輕對電抗器本體絕緣的沖擊及開關(guān)觸頭的燒蝕。

因開關(guān)三相的分合閘時間TM不完全相同，初始分合閘控制一般達(dá)不到理想的效果，但F236采集了三相電流信息，對分合閘的效果進(jìn)行監(jiān)視，自動微調(diào)每相的延時時間TV，經(jīng)過數(shù)次的分合閘操作后，即可達(dá)到理想效果。

1.3 效果實測

系統(tǒng)啟動階段，對F236的選相分合閘效果進(jìn)行了實測，結(jié)果見表1。

表1 啟動階段實測數(shù)據(jù)

從表1可以看出，應(yīng)用F236后操作過電壓及合閘涌流數(shù)據(jù)均正常，F(xiàn)236選相分合閘功能對于抑制操作過電壓和合閘涌流效果明顯，符合設(shè)計要求。

圖3 電容器間隔控制原理圖

2 應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

在電力系統(tǒng)中，因F236的應(yīng)用較少，一般基建、運維管理單位缺乏調(diào)試、運維經(jīng)驗，在設(shè)備調(diào)試和運維時，容易出現(xiàn)各種問題。

2.1 1QK切換開關(guān)的位置選擇

F236裝置設(shè)置了1QK切換開關(guān)，由它來實現(xiàn)同期/非同期功能選擇。由F236工作原理可知，應(yīng)用1QK后開關(guān)A，B，C三相分、合閘將不同步，部分工作人員認(rèn)為正常時應(yīng)將1QK切至“非同期”位置。

由圖3和4可知，當(dāng)1QK切至“非同期”時，1-2和5-6接點斷開，3-4和7-8接點導(dǎo)通，測控發(fā)出的分、合閘命令未經(jīng)F236而直接發(fā)至操作箱，使得F236不能進(jìn)行選相分、合閘。應(yīng)將1QK切至“同期”位置，使得測控發(fā)出的分、合閘命令經(jīng)F236判斷再出口至操作箱。

圖4 1QK接點位置

當(dāng)F236裝置單獨檢修，而一次設(shè)備和保護(hù)設(shè)備繼續(xù)運行時，需將1QK切至“非同期”位置，或短接1YK9—1YK25和1YK12—1YK30，將分合閘回路與F236隔離，防止F236失電后監(jiān)控后臺無法進(jìn)行分合閘操作。

2.2 電容器間隔合閘時誤發(fā)“事故總”信號

在系統(tǒng)調(diào)試階段，監(jiān)控系統(tǒng)合電容器開關(guān)時，監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)“事故總”信號。合電抗器開關(guān)、分電容器開關(guān)、分電抗器開關(guān)均無此異常。“事故總”信號原理如圖5所示。

圖5 電容器間隔事故總信號原理圖

由圖3和圖5可知，HHJ繼電器收到合閘命令勵磁后、開關(guān)在分位時，將會發(fā)“事故總”信號，這是一個常規(guī)問題。為避免常規(guī)合閘操作誤發(fā)“事故總”，一般廠站在測控中設(shè)置消陡時間，躲開這個信號。采用F236，測控發(fā)出合閘命令后，還需經(jīng)F236判斷并加以延時，增加了F236的判斷時間和延時時間，此時測控裝置消陡時間僅按常規(guī)電容器操作設(shè)置可能過短，將該電容器間隔測控消陡時間適當(dāng)延長后，異常消失。

從圖3和圖5還可知，對于采用了F236的電容器、電抗器間隔，在電容器、電抗器分閘操作時，HHJ繼電器會立即失磁，不會誤發(fā)“事故總”；電抗器合閘不經(jīng)F236，也無此問題，僅電容器合閘操作可能會出現(xiàn)此異常。其他廠站在應(yīng)用選相分合閘裝置時也需注意。

2.3 裝置背板電流、電壓端子誤接線

F236裝置的軟件界面為全英文界面，在安裝接線時，可能出現(xiàn)各種問題，應(yīng)特別注意。比如，可能會出現(xiàn)參考電壓誤接至C板件上（正確方式應(yīng)接至A板件），導(dǎo)致F236失去參考電壓，不能正常工作，對電容器間隔，還將會出現(xiàn)合閘后低電壓保護(hù)動作跳開開關(guān)的情況。嚴(yán)重時還會將C板件的電流電纜誤接至電壓端子上，造成電流回路開路，出現(xiàn)過電壓擊穿采樣單元和電流回路的情況。

2.4 F236電流回路被短接

F236一般與電容器（電抗器）保護(hù)同屏布置，開關(guān)端子箱處電流先流入保護(hù)裝置，流經(jīng)F236后在端子排上短接。

基建單位因能力、經(jīng)驗不足，F(xiàn)236一般由ABB廠家或者省電科院進(jìn)行整定、調(diào)試，基建單位僅整定、調(diào)試保護(hù)。若兩組工作人員配合不當(dāng)，則可能出現(xiàn)電流回路從保護(hù)出來后被短接，電流未能流入F236的問題，這將導(dǎo)致F236失去根據(jù)操作情況進(jìn)行自動優(yōu)化的能力，使得選相分合閘不能達(dá)到理想效果，極端情況下可能出現(xiàn)開關(guān)在電壓電流峰值時分合閘的情況，加劇了開關(guān)觸頭的燒蝕，縮短了開關(guān)的壽命。

3 結(jié)語

交流特高壓變電站無功補償設(shè)備電壓等級高、容量大、投切頻繁，對投切開關(guān)要求較高，綜合可靠性和安全性考慮，建議采用帶選相分合閘裝置的SF6開關(guān)。選相分合閘裝置的應(yīng)用降低了無功補償設(shè)備投切時的操作過電壓和合閘涌流，減小了對系統(tǒng)、無功補償設(shè)備的沖擊，延長了開關(guān)的機械壽命；同時因無功補償設(shè)備開關(guān)本身能切斷短路電流，本間隔故障無需依賴上級保護(hù)來切除所在母線總開關(guān)，減少了邏輯配合關(guān)系，可靠性得到提高，也避免了停電范圍擴大，規(guī)避了負(fù)荷開關(guān)的不足。另外，對F236裝置在安裝、調(diào)試、運維階段出現(xiàn)的誤接線、誤發(fā)“事故總”信號、功能開關(guān)切換錯誤等問題進(jìn)行了分析，給出了處理建議。

[1]林立生.切合電容器組用斷路器的選擇[J].河北電力技術(shù)，1989（3）∶47-50.

[2]周鼎.關(guān)于選相合閘的思考[J].高壓電器，1996（6）∶33-34.

[3]楊廣羽，李鋒濤，劉高峰，等.高壓直流輸電工程跳合閘選相裝置的工作原理及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（16）∶108-110.

[4]顏湘蓮，李志兵.1 000 kV淮南——上海特高壓交流輸電示范工程系統(tǒng)調(diào)試110 kV側(cè)斷路器選相功能測試方案[R].北京：中國電力科學(xué)研究院，2013.

[5]顏湘蓮，劉北陽，王浩.1 000 kV淮南——上海特高壓交流輸電示范工程系統(tǒng)調(diào)試110 kV側(cè)斷路器選相功能測試[R].北京：中國電力科學(xué)研究院，2013.

[6]王磊.合閘角控制裝置SwitchsyncF236的安裝和調(diào)試[J].高電壓技術(shù)，2008，34（7）∶1525-1527.

（本文編輯：方明霞）

Application of Phase Selection Device in UHV AC Reactive Power Equipment

LI Xianpeng，LIU Shian，CHENG Xingmin，JIANG Tao

（State Grid Zhejiang Maintenance Company Branch，Hangzhou 311232，China）

Characterized by high voltage level，large capacity and frequent switching，reactive power equipment in the UHV AC substation has stringent requirement on switches.In consideration of reliability and safety，SF6switch with phase selection device is used in the UHV AC station in Zhejiang to reduce switching overvoltage and reclosing surge current of the reactive power device during its operation and decrease the impact on system and reactive power device to prolong mechanical durability and avoid the disadvantages of load switch.The paper analyzes wrong wiring，"integrated accident"signaling and wrong operation of function switches during phase selection device installation，commissioning as well as operation and maintenance；besides，it presents some recommendations.

phase selection；UHV AC；reactive compensation；recommendations

TM761

B

1007-1881（2016）12-0056-04

2016-10-17

李顯鵬（1984），男，工程師，從事超、特高壓變電站運維與檢修工作。