252-1100kV系列高壓交流旁路開關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程化應(yīng)用

(西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018)

1 引言

串聯(lián)電容器補(bǔ)償技術(shù)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(yuǎn)距離輸電線路上，其相當(dāng)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(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定運(yùn)行水平[1]。

2 交流旁路開關(guān)的作用

交流旁路開關(guān)與串聯(lián)電容器及過電壓保護(hù)器并聯(lián)，用來在正常運(yùn)行或事故時(shí)投入或退出串補(bǔ)裝置。當(dāng)系統(tǒng)或串補(bǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障等緊急情況時(shí)，要求快速退出電容器組，所以通常要求旁路開關(guān)具有較短且穩(wěn)定的合閘時(shí)間。

3 工作原理

交流旁路開關(guān)的工作原理如圖1所示，當(dāng)旁路開關(guān)S斷開時(shí)，電容C串聯(lián)在線路中投入運(yùn)行，當(dāng)旁路開關(guān)S關(guān)合時(shí)，電容C退出回路。通過操作旁路開關(guān)S可以控制電容器C的投入和退出[2]。

C-串聯(lián)電容器；D-阻尼裝置；G-火花間隙；S-旁路開關(guān)

圖1 交流旁路開關(guān)工作原理圖

4 主要技術(shù)參數(shù)

目前西開公司系列化的高壓交流開關(guān)產(chǎn)品有PLW2-1100，PLW3-550和PLW3-252，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 技術(shù)參數(shù)

5 產(chǎn)品外形

PLW2-1100/252/Y6300-160高壓交流旁路開關(guān)為戶外型產(chǎn)品，如圖2所示。每臺(tái)開關(guān)由三個(gè)單極組成，每極為單柱單斷口結(jié)構(gòu)，包括滅弧室裝配(不帶并聯(lián)電容器)、支柱裝配、液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)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(huán)。每極配用一臺(tái)CYA6-7型液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可單極操作，也可三極電氣聯(lián)動(dòng)操作。產(chǎn)品高度為13.1m，帶檢修平臺(tái)后總高度為16m。

圖2

PLW3-550/170/Y5000-125高壓交流旁路開關(guān)為戶外型產(chǎn)品，如圖3所示。每臺(tái)開關(guān)由三個(gè)單極組成，每極為單柱單斷口結(jié)構(gòu)，包括滅弧室裝配、支柱裝配、液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)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(huán)。每極配用一臺(tái)CYA6-7型液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可單極操作，也可三極電氣聯(lián)動(dòng)操作。產(chǎn)品高度為8.9m。

圖3 PLW3-550高壓交流旁路開關(guān)外形圖

PLW3-252/170/Y4000-125高壓交流旁路開關(guān)為戶外型產(chǎn)品。每臺(tái)開關(guān)由三個(gè)單極組成，每極為單柱單斷口結(jié)構(gòu)，包括滅弧室裝配、支柱裝配、液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)和支架，外形呈“I”形布置。每極配用一臺(tái)CYA6-7型液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可單極操作，也可三極電氣聯(lián)動(dòng)操作。 產(chǎn)品高度為6.6m。

圖4 PLW3-252高壓交流旁路開關(guān)外形圖

6 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

6.1 滅弧室結(jié)構(gòu)

該系列高壓交流開關(guān)的滅弧室采用壓氣式滅弧原理。

(1)PLW2-1100旁路開關(guān)對(duì)地絕緣1100kV，斷口絕緣252kV。考慮到旁路開關(guān)對(duì)合閘時(shí)間要求比較短，因此斷口距離不應(yīng)太大，滅弧室采用雙斷口結(jié)構(gòu)比較合理。同時(shí)考慮到無線電干擾試驗(yàn)，在旁路開關(guān)進(jìn)出線和中間軀殼位置設(shè)置均壓環(huán)，如圖5所示。通過仿真軟件對(duì)中間軀殼的電場和進(jìn)出線端子處電場分別進(jìn)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(guān)電場計(jì)算

(2)根據(jù)表1中的參數(shù)可知：PLW3-550旁路開關(guān)和PLW3-252旁路開關(guān)具有相同的斷口絕緣參數(shù)，僅對(duì)地參數(shù)不同；因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，兩種旁路開關(guān)采用同一種滅弧室，支柱高度隨電壓等級(jí)增高而增高?？紤]到無線電干擾，PLW3-550旁路開關(guān)的進(jìn)出線端子設(shè)置有均壓環(huán)，如圖3所示。通過仿真軟件對(duì)滅弧室電場進(jìn)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(jié)構(gòu)

該系列高壓交流開關(guān)產(chǎn)品高度較高，為了提高產(chǎn)品在分合閘過程中的穩(wěn)定性，在產(chǎn)品支柱內(nèi)部設(shè)有專門的導(dǎo)向裝置，如圖8所示。

圖7 PLW3-550和PLW3-252滅弧室電場計(jì)算

圖8 導(dǎo)向裝置

6.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

(1)PLW2-1100旁路開關(guān)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足旁路開關(guān)合閘時(shí)間比較短的特性，對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，如圖9所示。通常斷路器產(chǎn)品分閘時(shí)間較短，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功中分閘操作功大，合閘操作功小；而交流旁路開關(guān)一般要求合閘時(shí)間較短，要求機(jī)構(gòu)輸出功合閘操作功大，分閘操作功小。因此交流旁路開關(guān)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可以在斷路器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行變換，即改變傳動(dòng)拐臂的裝配方向，從而使機(jī)構(gòu)活塞桿向上推(機(jī)構(gòu)的合閘)帶動(dòng)滅弧室的分閘，機(jī)構(gòu)活塞桿向下拉(機(jī)構(gòu)的分閘)帶動(dòng)滅弧室的合閘[3]。

(2)PLW3-550旁路開關(guān)和PLW3-252旁路開關(guān)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PLW3-550旁路開關(guān)和PLW3-252旁路開關(guān)采用單斷口的滅弧室，整體外形呈I型，因此傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用常規(guī)的直連結(jié)構(gòu)，即滅弧室輸出拉桿的接頭和機(jī)構(gòu)輸出端的夾叉通過銷進(jìn)行連接。該傳動(dòng)連接結(jié)構(gòu)簡單可靠，操作功損失小。

圖9 PLW2-1100旁路開關(guān)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

圖10 PLW3-550和PLW3-252旁路開關(guān)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

6.4 操動(dòng)機(jī)構(gòu)

因液壓機(jī)構(gòu)具有響應(yīng)快，可靠性高，輸出功率大等優(yōu)勢，該系列高壓交流開關(guān)均配置液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)。根據(jù)不同電壓等級(jí)旁路開關(guān)對(duì)分合閘操功的不同需要，分別對(duì)其配置的液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型，PLW2-1100旁路開關(guān)采用CYA8G型液壓機(jī)構(gòu)，PLW3-550旁路開關(guān)和PLW3-252旁路開關(guān)選用CYA6-7型液壓機(jī)構(gòu)，如圖11所示。

圖11 液壓機(jī)構(gòu)

7 工程應(yīng)用

(1)國家電網(wǎng)公司晉東南(長治)——南陽——荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程擴(kuò)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(bǔ)系統(tǒng)。根據(jù)國網(wǎng)公司建設(shè)1100kV特高壓輸電串補(bǔ)系統(tǒng)的需要，西開有限公司開展1100kV特高壓交流串補(bǔ)旁路開關(guān)的研制工作，并于2011年7月在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通過了全部型式試驗(yàn)。

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

圖12 PLW2-1100運(yùn)行南陽串補(bǔ)站

(2)國網(wǎng)公司錫盟——山東1100kV特高壓交流輸變電工程是國家規(guī)劃的大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃12條重點(diǎn)輸電通道中首條線路。該工程新建錫盟、北京東、濟(jì)南3座1100kV變電站和承德1100kV串補(bǔ)站。

PLW2-1100旁路開關(guān)在國家電網(wǎng)公司錫盟—山東1100kV特高壓交流輸變電工程中供貨2臺(tái)，掛網(wǎng)運(yùn)行在承德1100kV串補(bǔ)站中，目前運(yùn)行情況良好，如圖13所示。

圖13 PLW2-1100運(yùn)行在承德串補(bǔ)站

(3)青海海西至主網(wǎng)輸電通道能力提升工程包括日月山750kV變電站擴(kuò)建串補(bǔ)工程，海西750kV開關(guān)站擴(kuò)建串補(bǔ)工程和柴達(dá)木750kV變電站擴(kuò)建串補(bǔ)工程3個(gè)子工程。

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

圖14 PLW2-1100運(yùn)行在青海柴達(dá)木串補(bǔ)站

圖15 PLW2-1100運(yùn)行在青海日月山串補(bǔ)站

(4)山西方山220kV串補(bǔ)工程為山西省電力公司重點(diǎn)工程項(xiàng)目，PLW3-252旁路開關(guān)在山西方山220kV串補(bǔ)工程中供貨2臺(tái)，掛網(wǎng)運(yùn)行在山西方山串補(bǔ)站中，目前運(yùn)行情況良好，如圖16所示。

圖16 PLW3-252運(yùn)行在山西方山串補(bǔ)站

8 結(jié)語

高壓串補(bǔ)設(shè)備PLW2-1100、PLW3-550和PLW3-252旁路開關(guān)的研制成功和工程化應(yīng)用，推動(dòng)了我國高壓開關(guān)行業(yè)的發(fā)展；同時(shí)為高壓交流輸電線路的串補(bǔ)系統(tǒng)、提高高壓交流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸送功率做出了巨大貢獻(xiàn)，也為我國開關(guān)行業(yè)趕超國際先進(jìn)水平，產(chǎn)品走向國際市場打下了良好的基礎(chǔ)。