110 kV電容器組選相分合閘裝置的應用

李露露，陳培峰，趙世芳

（1.國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118；2.國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261000）

110 kV電容器組選相分合閘裝置的應用

李露露1，陳培峰1，趙世芳2

（1.國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118；2.國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261000）

通過電容器的投切調節系統電壓是提高電能質量的重要措施之一。但大的電容器組在投入和切除的瞬間，會產生瞬態過電壓和涌流，影響系統電壓的穩定性。特高壓泉城站110 kV斷路器首次采用了選相分合閘裝置，成功解決了電容器組投切瞬間的瞬態過電壓和涌流問題。對選相分合閘裝置特點、功能原理和投切策略進行了詳細分析，為其他相似特高壓站提供技術參考。

特高壓；電容器組；瞬態過電壓；涌流；選相分合閘裝置

0 引言

1 000 kV錫盟—山東特高壓輸變電工程是改善生態環境質量，充分發揮大容量、遠距離、多落點以及網絡功能優勢，實現資源優化配置的優質工程［1-4］。

1 000 kV特高壓泉城站作為該工程的終點站，裝設2組3×1 000 MVA主變壓器，每組主變壓器低壓側裝設2組240 Mvar的低壓電容器組。與常規500 kV變電站中的35 kV低壓并聯電容器組相比，特高壓110 kV低壓并聯電容器組有電壓等級高、補償容量大、保護配置復雜、瞬態過電壓及涌流大等特點，在電容器組投入和切除瞬間極易發生事故。為解決上述問題，首次應用選相分合閘裝置進行電容器組的投入和切除。

1 110 kV并聯電容器組連接方式

110kV低壓電容器組型號為TBB110-240000AQW，采用單星形雙橋差接線方式，每相由144只電容器組成。電源側串聯串抗率為5%電抗器的電容器額定電壓為126.3 kV，單臺電容器型號為BAM6.08-556-1W，串聯串抗率為12%電抗器的電容器額定電壓為136.4 kV，單臺電容器型號為BAM6.56-556-1W。每相電容器組配有兩臺橋差電流互感器，每個橋由4個橋臂組成，每個橋臂18臺電容器采用2并3串3支路的接線形式，如圖1所示。

電容器單元內含電容器元件、內熔絲和放電電阻，采用3串21并的接線方式。電容器元件采用內熔絲保護，當某元件故障時，與故障元件并聯的其他元件會向故障元件串聯的內熔絲放電，導致熔絲熔斷，該故障元件退出運行。此種接線方式的特點是內部故障保護方式較多，安裝方便、結構布置簡單，與故障電容器相連的完好電容器端子上會產生低值過電壓，降低了電容器組內部發生故障時退出運行的可能性。但此種接線方式需并聯大量的電容器，發生故障時，非故障電容器會對故障電容器進行放電，且放電電流非常大，尤其在電容器組投入和切除瞬間，產生的涌流極易造成電容器爆炸等嚴重事故，為了解決問題，一般給斷路器加裝合閘電阻或裝設避雷器，但此種方法安裝程序復雜、造價高、效果不理想，經濟性差［5］。

圖1 電容器組接線方式

2 選相分合閘裝置的特點

正常情況下，系統電壓為50 Hz的正弦波，在電容器組投入或切除瞬間，系統的電壓可能正好在電壓零點處，也可能正好在電壓峰值處，為了避免產生瞬態過電壓和涌流，要求電容器組在系統電壓過零點處投入。通過選相分合閘技術，控制斷路器在電壓或電流最有利的相位進行投切，使斷路器動、靜觸頭在系統電壓波形的指定相角處分合，電容器組在對自身和系統沖擊最小的情況下完成投切。與傳統方法相比，選相分合閘裝置具有以下突出特點。

1）選相分合閘裝置有兩個輸入端，能夠同時接受斷路器的閉合、斷開命令，其控制器有3個自適應性輸入端，可以探測每個極閉合、斷開的時間，該輸入端通過連接傳感器，能對外部參數變量進行補償。

2）開關瞬間的自適應控制可確保對斷路器進行控制，不受操作時間的時效性影響。

3）自動檢測相位基準電壓，減小電網中瞬態過電壓、涌流和諧波含量變化的影響。

4）用環境溫度和其他可選外部參數對操作時間變量進行補償。

5）可通過調制解調器直接或遠程向計算機傳輸有關信息，進行參數改變或訪問斷路器操作的存儲數據。

6）每秒對微處理器實施一次自動控制，存儲斷路器操作數據，有助于進行控制器的功能檢查和斷路器狀況監控。

3 選相分合閘裝置的功能原理

如圖2所示，當控制器1收到開關命令后，將它傳送到兩個輸入端2或3中的一個，它的微處理器在基準電壓為零時（基準電壓通常取自斷路器電源側的電壓互感器4），開啟時鐘。當過去總等待時間后，控制器1進一步發出開關命令至斷路器操作線圈5、6、7或8、9、10。這一特定的等待時間由處理器根據輸入數據和早期開關的結果（自適應模式）以及對環境溫度和另外一個外部參數的補償決定。當選相分合閘裝置啟用自適應模式時，它會自動記錄每個極的開關操作結果，并在下一個開關操作中調節它的等待時間，并且考慮了預定目標的偏離值。在閉合操作中，電流互感器11、12和13的起始電流用于探測接通瞬態。5、6、7、8、9、10這6個命令輸出端適用于分相操作斷路器的閉合和斷開，其中5、6、7用于閉合，8、9、10用于斷開，對于所有的輸出命令，自適應模式下的等待時間是可以調整的，調節量也有所不同。

圖2 選相分合閘裝置原理

總之，選相分合閘裝置保留來自控制系統的開關命令，并充分考慮斷路器的預期操作時間，然后將該信息發送給斷路器，從而使之在合適的相位執行閉合和斷開命令。

4 控制策略和投切策略

4.1 選相分合閘裝置控制策略

如圖3所示，曲線為斷路器的參考電壓，①為選項分合閘裝置接到測控系統合閘命令時刻，確定合閘命令正確后到達時刻②，之后裝置進行頻率穩定性檢測到達時刻③，經過大約一個周波即20 ms后，確定參考電壓過零點到達時刻④，經過等待時間⑦，在⑧時刻對斷路器發出合閘命令，斷路器經過自身固有動作時間⑥，在電壓過零點處⑤完成合閘。

圖3 控制策略

4.2 選相分合閘裝置投切策略

如圖4所示，電容器組投入運行時，選相分合閘裝置以曲線1中的Ua為參考電壓，曲線2、3、4中的Ua、Ub、Uc為電容器組斷路器合閘前電壓，ia、ib、ic為斷路器合閘后的線電流，T1為斷路器合閘延時時間，T2為斷路器動靜觸頭介質擊穿時間，T3為斷路器動靜觸頭完全接觸時間。在Ua過零點時，延時約8.3 ms，此時Uab過零點，A、B兩相同時開始合閘，90°后 （約經過5 ms），此時UC過零點，C相開始合閘，整個斷路器合閘過程結束。電容器組退出時，選相分合閘裝置檢測到線電壓Uab過零點后延時3.3 ms，B相電流Ib過零點時，先分B相，60°后（約延時6.7 ms），A相電流過零點，分A相，60°后（約延時10 ms），C相電流過零點，分C相，分閘完成，通過這種投切策略，保證了在系統電壓過零點時投入和切除電容器組。

圖4 斷路器投入時間示意

5 結語

1 000 kV特高壓泉城站通過應用選項分合閘裝置，消除了電容器組投切過程中所產生的瞬態過電壓和勵磁涌流，減小了斷路器端口之間的重燃電弧，避免了電流互感器和串聯電抗器絕緣損傷，減輕了維修作業量和維護成本，確保了110 kV系統的穩定性和安全性。

［1］許鵬，李忠全，秦艷偉.1 000 kV特高壓長治站110 kV并聯電容器組技術創新及運行分析［J］.電力電容器與無功補償，2009，30（3）：9-13.

［2］張月華，孫國華，王紅雨，等.特高壓交流輸變電工程110 kV干式空心并聯電抗器研制［J］.電工電氣，2015（7）：58-59.

［3］李曉杰，時偉光.特高壓長治站并聯電容器組橋式差電流保護分析［J］.電力電容器與無功補償，2010，31（6）：1-3.

［4］盛國釗，嚴飛，姜勝寶，等.大容量電容器組橋差不平衡電流保護近似計算［J］.電力電容器與無功補償，2009，30（2）：1-6.

［5］田秋松，張健毅，毛建坤，等.特高壓電網110 kV并聯電容器組的配置和投切［J］.華東電力，2013，41（1）：179-184.

Application of Phase Switching Device to 110 kV Capacitor Bank

LI Lulu1，CHEN Peifeng1，ZHAO Shifang2
（1.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China；2.State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang 261000，China）

Regulating the voltage of power system through switching capacitors is one of the most important measures to improve the quality of the power.However，the transient overvoltage and inrush current are produced at the instant of the input and removal of the large capacitor banks，which will affect the stability of the system voltage seriously.In the 110 kV circuit breaker equipped in the 110 kV side of Quancheng UHV station，phase selection devices are firstly adopted to switch four groups of capacitor banks.The application of these devices solves the problem of transient overvoltage and inrush current successfully.The characteristic，function principle and switching strategy of phase selection devices are described，which will provide references for other similar UHV stations.

UHV；capacitor bank；transient overvoltage；inrush current；phase selection points switching

TM561

B

1007－9904（2017）02－0030－03

2016-09-11

李露露（1989），男，從事特高壓運檢方面的工作；

陳培峰（1985），男，工程師，從事特高壓運檢方面的工作；

趙世芳（1988），女，工程師，從事特高壓運檢方面的工作。