252-1100kV系列高壓交流旁路開關產品設計和工程化應用

(西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安 710018)

1 引言

串聯電容器補償技術是在輸電線路中串入電容器組，利用電容器容抗抵消部分輸電線路感抗，從而減小線路的等值電抗，在高壓遠距離輸電線路上，其相當于縮短線路的電氣距離，提高線路輸送容量，降低線路輸送損耗，更加合理地分配輸送功率，從而提高電力系統的經濟性和穩定運行水平[1]。

2 交流旁路開關的作用

交流旁路開關與串聯電容器及過電壓保護器并聯，用來在正常運行或事故時投入或退出串補裝置。當系統或串補設備出現故障等緊急情況時，要求快速退出電容器組，所以通常要求旁路開關具有較短且穩定的合閘時間。

3 工作原理

交流旁路開關的工作原理如圖1所示，當旁路開關S斷開時，電容C串聯在線路中投入運行，當旁路開關S關合時，電容C退出回路。通過操作旁路開關S可以控制電容器C的投入和退出[2]。

C-串聯電容器；D-阻尼裝置；G-火花間隙；S-旁路開關

圖1 交流旁路開關工作原理圖

4 主要技術參數

目前西開公司系列化的高壓交流開關產品有PLW2-1100，PLW3-550和PLW3-252，其主要技術參數見表1。

表1 技術參數

5 產品外形

PLW2-1100/252/Y6300-160高壓交流旁路開關為戶外型產品，如圖2所示。每臺開關由三個單極組成，每極為單柱單斷口結構，包括滅弧室裝配(不帶并聯電容器)、支柱裝配、液壓彈簧操動機構和支架，外形呈“T形布置。滅弧室上下法蘭處均安裝有均壓環。每極配用一臺CYA6-7型液壓彈簧操動機構，可單極操作，也可三極電氣聯動操作。產品高度為13.1m，帶檢修平臺后總高度為16m。

圖2

PLW3-550/170/Y5000-125高壓交流旁路開關為戶外型產品，如圖3所示。每臺開關由三個單極組成，每極為單柱單斷口結構，包括滅弧室裝配、支柱裝配、液壓彈簧操動機構和支架，外形呈“I”形布置。滅弧室上下法蘭處均安裝有均壓環。每極配用一臺CYA6-7型液壓彈簧操動機構，可單極操作，也可三極電氣聯動操作。產品高度為8.9m。

圖3 PLW3-550高壓交流旁路開關外形圖

PLW3-252/170/Y4000-125高壓交流旁路開關為戶外型產品。每臺開關由三個單極組成，每極為單柱單斷口結構，包括滅弧室裝配、支柱裝配、液壓彈簧操動機構和支架，外形呈“I”形布置。每極配用一臺CYA6-7型液壓彈簧操動機構，可單極操作，也可三極電氣聯動操作。 產品高度為6.6m。

圖4 PLW3-252高壓交流旁路開關外形圖

6 結構特點

6.1 滅弧室結構

該系列高壓交流開關的滅弧室采用壓氣式滅弧原理。

(1)PLW2-1100旁路開關對地絕緣1100kV，斷口絕緣252kV。考慮到旁路開關對合閘時間要求比較短，因此斷口距離不應太大，滅弧室采用雙斷口結構比較合理。同時考慮到無線電干擾試驗，在旁路開關進出線和中間軀殼位置設置均壓環，如圖5所示。通過仿真軟件對中間軀殼的電場和進出線端子處電場分別進行分析，如圖6所示，可以看出電場的分布均勻合理。

圖5 PLW2-1100滅弧室

圖6 PLW2-1100旁路開關電場計算

(2)根據表1中的參數可知：PLW3-550旁路開關和PLW3-252旁路開關具有相同的斷口絕緣參數，僅對地參數不同；因此在產品結構上，兩種旁路開關采用同一種滅弧室，支柱高度隨電壓等級增高而增高。考慮到無線電干擾，PLW3-550旁路開關的進出線端子設置有均壓環，如圖3所示。通過仿真軟件對滅弧室電場進行分析，如圖7所示，可以看出電場的分布均勻合理。

6.2 支柱結構

該系列高壓交流開關產品高度較高，為了提高產品在分合閘過程中的穩定性，在產品支柱內部設有專門的導向裝置，如圖8所示。

圖7 PLW3-550和PLW3-252滅弧室電場計算

圖8 導向裝置

6.3 傳動結構

(1)PLW2-1100旁路開關的傳動結構設計

為了滿足旁路開關合閘時間比較短的特性，對傳動結構進行了特殊設計，如圖9所示。通常斷路器產品分閘時間較短，操動機構的輸出功中分閘操作功大，合閘操作功小；而交流旁路開關一般要求合閘時間較短，要求機構輸出功合閘操作功大，分閘操作功小。因此交流旁路開關的傳動結構可以在斷路器的傳動機構進行變換，即改變傳動拐臂的裝配方向，從而使機構活塞桿向上推(機構的合閘)帶動滅弧室的分閘，機構活塞桿向下拉(機構的分閘)帶動滅弧室的合閘[3]。

(2)PLW3-550旁路開關和PLW3-252旁路開關的傳動結構設計

PLW3-550旁路開關和PLW3-252旁路開關采用單斷口的滅弧室，整體外形呈I型，因此傳動結構采用常規的直連結構，即滅弧室輸出拉桿的接頭和機構輸出端的夾叉通過銷進行連接。該傳動連接結構簡單可靠，操作功損失小。

圖9 PLW2-1100旁路開關的傳動結構

圖10 PLW3-550和PLW3-252旁路開關傳動結構

6.4 操動機構

因液壓機構具有響應快，可靠性高，輸出功率大等優勢，該系列高壓交流開關均配置液壓操動機構。根據不同電壓等級旁路開關對分合閘操功的不同需要，分別對其配置的液壓機構進行選型，PLW2-1100旁路開關采用CYA8G型液壓機構，PLW3-550旁路開關和PLW3-252旁路開關選用CYA6-7型液壓機構，如圖11所示。

圖11 液壓機構

7 工程應用

(1)國家電網公司晉東南(長治)——南陽——荊門特高壓交流試驗示范工程擴建工程是我國首條1100kV特高壓交流示范工程，在該工程首次采用了串補系統。根據國網公司建設1100kV特高壓輸電串補系統的需要，西開有限公司開展1100kV特高壓交流串補旁路開關的研制工作，并于2011年7月在國家高壓電器質量監督檢驗中心通過了全部型式試驗。

PLW2-1100旁路開關在1100kV晉東南(長治)——南陽——荊門特高壓交流試驗示范工程擴建工程供貨4臺，目前運行情況良好，如圖12所示。

圖12 PLW2-1100運行南陽串補站

(2)國網公司錫盟——山東1100kV特高壓交流輸變電工程是國家規劃的大氣污染防治行動計劃12條重點輸電通道中首條線路。該工程新建錫盟、北京東、濟南3座1100kV變電站和承德1100kV串補站。

PLW2-1100旁路開關在國家電網公司錫盟—山東1100kV特高壓交流輸變電工程中供貨2臺，掛網運行在承德1100kV串補站中，目前運行情況良好，如圖13所示。

圖13 PLW2-1100運行在承德串補站

(3)青海海西至主網輸電通道能力提升工程包括日月山750kV變電站擴建串補工程，海西750kV開關站擴建串補工程和柴達木750kV變電站擴建串補工程3個子工程。

PLW2-1100旁路開關在青海海西至主網輸電通道能力提升工程中供貨8臺，其中日月山串補站供貨2臺，海西串補站供貨4臺，柴達木串補站供貨2臺，目前產品已安裝完畢。如圖14～圖16所示。

圖14 PLW2-1100運行在青海柴達木串補站

圖15 PLW2-1100運行在青海日月山串補站

(4)山西方山220kV串補工程為山西省電力公司重點工程項目，PLW3-252旁路開關在山西方山220kV串補工程中供貨2臺，掛網運行在山西方山串補站中，目前運行情況良好，如圖16所示。

圖16 PLW3-252運行在山西方山串補站

8 結語

高壓串補設備PLW2-1100、PLW3-550和PLW3-252旁路開關的研制成功和工程化應用，推動了我國高壓開關行業的發展；同時為高壓交流輸電線路的串補系統、提高高壓交流輸電系統的穩定性及輸送功率做出了巨大貢獻，也為我國開關行業趕超國際先進水平，產品走向國際市場打下了良好的基礎。