110 kV電容器組選相分合閘裝置的應(yīng)用

李露露，陳培峰，趙世芳

（1.國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118；2.國網(wǎng)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(yīng)用

李露露1，陳培峰1，趙世芳2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118；2.國網(wǎng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓是提高電能質(zhì)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(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓和涌流，影響系統(tǒng)電壓的穩(wěn)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(tài)過電壓和涌流問題。對(duì)選相分合閘裝置特點(diǎn)、功能原理和投切策略進(jìn)行了詳細(xì)分析，為其他相似特高壓站提供技術(shù)參考。

特高壓；電容器組；瞬態(tài)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(tài)環(huán)境質(zhì)量，充分發(fā)揮大容量、遠(yuǎn)距離、多落點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)功能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的優(yōu)質(zhì)工程［1-4］。

1 000 kV特高壓泉城站作為該工程的終點(diǎn)站，裝設(shè)2組3×1 000 MVA主變壓器，每組主變壓器低壓側(cè)裝設(shè)2組240 Mvar的低壓電容器組。與常規(guī)500 kV變電站中的35 kV低壓并聯(lián)電容器組相比，特高壓110 kV低壓并聯(lián)電容器組有電壓等級(jí)高、補(bǔ)償容量大、保護(hù)配置復(fù)雜、瞬態(tài)過電壓及涌流大等特點(diǎn)，在電容器組投入和切除瞬間極易發(fā)生事故。為解決上述問題，首次應(yīng)用選相分合閘裝置進(jìn)行電容器組的投入和切除。

1 110 kV并聯(lián)電容器組連接方式

110kV低壓電容器組型號(hào)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(cè)串聯(lián)串抗率為5%電抗器的電容器額定電壓為126.3 kV，單臺(tái)電容器型號(hào)為BAM6.08-556-1W，串聯(lián)串抗率為12%電抗器的電容器額定電壓為136.4 kV，單臺(tái)電容器型號(hào)為BAM6.56-556-1W。每相電容器組配有兩臺(tái)橋差電流互感器，每個(gè)橋由4個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂18臺(tái)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(nèi)含電容器元件、內(nèi)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(nèi)熔絲保護(hù)，當(dāng)某元件故障時(shí)，與故障元件并聯(lián)的其他元件會(huì)向故障元件串聯(lián)的內(nèi)熔絲放電，導(dǎo)致熔絲熔斷，該故障元件退出運(yùn)行。此種接線方式的特點(diǎn)是內(nèi)部故障保護(hù)方式較多，安裝方便、結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，與故障電容器相連的完好電容器端子上會(huì)產(chǎn)生低值過電壓，降低了電容器組內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)退出運(yùn)行的可能性。但此種接線方式需并聯(lián)大量的電容器，發(fā)生故障時(shí)，非故障電容器會(huì)對(duì)故障電容器進(jìn)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(chǎn)生的涌流極易造成電容器爆炸等嚴(yán)重事故，為了解決問題，一般給斷路器加裝合閘電阻或裝設(shè)避雷器，但此種方法安裝程序復(fù)雜、造價(jià)高、效果不理想，經(jīng)濟(jì)性差［5］。

圖1 電容器組接線方式

2 選相分合閘裝置的特點(diǎn)

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

1）選相分合閘裝置有兩個(gè)輸入端，能夠同時(shí)接受斷路器的閉合、斷開命令，其控制器有3個(gè)自適應(yīng)性輸入端，可以探測(cè)每個(gè)極閉合、斷開的時(shí)間，該輸入端通過連接傳感器，能對(duì)外部參數(shù)變量進(jìn)行補(bǔ)償。

2）開關(guān)瞬間的自適應(yīng)控制可確保對(duì)斷路器進(jìn)行控制，不受操作時(shí)間的時(shí)效性影響。

3）自動(dòng)檢測(cè)相位基準(zhǔn)電壓，減小電網(wǎng)中瞬態(tài)過電壓、涌流和諧波含量變化的影響。

4）用環(huán)境溫度和其他可選外部參數(shù)對(duì)操作時(shí)間變量進(jìn)行補(bǔ)償。

5）可通過調(diào)制解調(diào)器直接或遠(yuǎn)程向計(jì)算機(jī)傳輸有關(guān)信息，進(jìn)行參數(shù)改變或訪問斷路器操作的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

6）每秒對(duì)微處理器實(shí)施一次自動(dòng)控制，存儲(chǔ)斷路器操作數(shù)據(jù)，有助于進(jìn)行控制器的功能檢查和斷路器狀況監(jiān)控。

3 選相分合閘裝置的功能原理

如圖2所示，當(dāng)控制器1收到開關(guān)命令后，將它傳送到兩個(gè)輸入端2或3中的一個(gè)，它的微處理器在基準(zhǔn)電壓為零時(shí)（基準(zhǔn)電壓通常取自斷路器電源側(cè)的電壓互感器4），開啟時(shí)鐘。當(dāng)過去總等待時(shí)間后，控制器1進(jìn)一步發(fā)出開關(guān)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(shí)間由處理器根據(jù)輸入數(shù)據(jù)和早期開關(guān)的結(jié)果（自適應(yīng)模式）以及對(duì)環(huán)境溫度和另外一個(gè)外部參數(shù)的補(bǔ)償決定。當(dāng)選相分合閘裝置啟用自適應(yīng)模式時(shí)，它會(huì)自動(dòng)記錄每個(gè)極的開關(guān)操作結(jié)果，并在下一個(gè)開關(guān)操作中調(diào)節(jié)它的等待時(shí)間，并且考慮了預(yù)定目標(biāo)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(cè)接通瞬態(tài)。5、6、7、8、9、10這6個(gè)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(duì)于所有的輸出命令，自適應(yīng)模式下的等待時(shí)間是可以調(diào)整的，調(diào)節(jié)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(tǒng)的開關(guān)命令，并充分考慮斷路器的預(yù)期操作時(shí)間，然后將該信息發(fā)送給斷路器，從而使之在合適的相位執(zhí)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(xiàng)分合閘裝置接到測(cè)控系統(tǒng)合閘命令時(shí)刻，確定合閘命令正確后到達(dá)時(shí)刻②，之后裝置進(jìn)行頻率穩(wěn)定性檢測(cè)到達(dá)時(shí)刻③，經(jīng)過大約一個(gè)周波即20 ms后，確定參考電壓過零點(diǎn)到達(dá)時(shí)刻④，經(jīng)過等待時(shí)間⑦，在⑧時(shí)刻對(duì)斷路器發(fā)出合閘命令，斷路器經(jīng)過自身固有動(dòng)作時(shí)間⑥，在電壓過零點(diǎn)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(yùn)行時(shí)，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(shí)時(shí)間，T2為斷路器動(dòng)靜觸頭介質(zhì)擊穿時(shí)間，T3為斷路器動(dòng)靜觸頭完全接觸時(shí)間。在Ua過零點(diǎn)時(shí)，延時(shí)約8.3 ms，此時(shí)Uab過零點(diǎn)，A、B兩相同時(shí)開始合閘，90°后 （約經(jīng)過5 ms），此時(shí)UC過零點(diǎn)，C相開始合閘，整個(gè)斷路器合閘過程結(jié)束。電容器組退出時(shí)，選相分合閘裝置檢測(cè)到線電壓Uab過零點(diǎn)后延時(shí)3.3 ms，B相電流Ib過零點(diǎn)時(shí)，先分B相，60°后（約延時(shí)6.7 ms），A相電流過零點(diǎn)，分A相，60°后（約延時(shí)10 ms），C相電流過零點(diǎn)，分C相，分閘完成，通過這種投切策略，保證了在系統(tǒng)電壓過零點(diǎn)時(shí)投入和切除電容器組。

圖4 斷路器投入時(shí)間示意

5 結(jié)語

1 000 kV特高壓泉城站通過應(yīng)用選項(xiàng)分合閘裝置，消除了電容器組投切過程中所產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓和勵(lì)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(lián)電抗器絕緣損傷，減輕了維修作業(yè)量和維護(hù)成本，確保了110 kV系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

［1］許鵬，李忠全，秦艷偉.1 000 kV特高壓長(zhǎng)治站110 kV并聯(lián)電容器組技術(shù)創(chuàng)新及運(yùn)行分析［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2009，30（3）：9-13.

［2］張?jiān)氯A，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(lián)電抗器研制［J］.電工電氣，2015（7）：58-59.

［3］李曉杰，時(shí)偉光.特高壓長(zhǎng)治站并聯(lián)電容器組橋式差電流保護(hù)分析［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2010，31（6）：1-3.

［4］盛國釗，嚴(yán)飛，姜?jiǎng)賹?，?大容量電容器組橋差不平衡電流保護(hù)近似計(jì)算［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2009，30（2）：1-6.

［5］田秋松，張健毅，毛建坤，等.特高壓電網(wǎng)110 kV并聯(lián)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(yùn)檢方面的工作；

陳培峰（1985），男，工程師，從事特高壓運(yùn)檢方面的工作；

趙世芳（1988），女，工程師，從事特高壓運(yùn)檢方面的工作。