特高壓變電站選相分合閘裝置運(yùn)維技術(shù)研究

楊 能，尹國慧，苗長青，解江濤，王 磊

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

為遠(yuǎn)距離大容量輸送電能，特高壓輸變電工程得到廣泛建設(shè)和投運(yùn)［1］。無功補(bǔ)償設(shè)備的投切過程決定著合閘涌流、操作過電壓的水平，直接影響相關(guān)設(shè)備的服役時(shí)間［2-3］。而特高壓變電站的無功補(bǔ)償設(shè)備具有電壓等級高、容量大、投切頻繁、保護(hù)配置復(fù)雜等特點(diǎn)，因而其對投切開關(guān)的可靠性有更高要求［4］。

為了減小斷路器操作過程中的暫態(tài)沖擊，抑制操作過電壓和合閘涌流，使系統(tǒng)在開關(guān)動作過程平穩(wěn)過渡，專用接觸器投切開關(guān)、晶閘管電壓過零投入、負(fù)荷開關(guān)等技術(shù)得到發(fā)展并在無功補(bǔ)償設(shè)備上使用［5］。但是以上技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中易出現(xiàn)故障，逐步被淘汰。20世紀(jì)90年代，選相控制技術(shù)被提出，該技術(shù)利用控制斷路器開斷時(shí)刻實(shí)現(xiàn)對合閘涌流和重燃過電壓的抑制［6］，因而選相控制技術(shù)逐步應(yīng)用于超高壓變電站，并積累了相應(yīng)運(yùn)維技術(shù)［7］。特高壓變電站電壓等級更高、容量更大，傳統(tǒng)超高壓變電站選相分合閘裝置運(yùn)維技術(shù)不再適用，因此研究特高壓變電站選相分合閘裝置的運(yùn)維技術(shù)具有重要意義。

山東某特高壓變電站選用Switchsync F236裝置，現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)表明，選相分合閘裝置可有效抑制操作過電壓以及合閘涌流。而以Switchsync F236選相分合閘裝置為代表的選相控制技術(shù)在特高壓工程應(yīng)用與運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)較少，實(shí)際過程常會出現(xiàn)控制電壓波動、功能開關(guān)切換錯(cuò)誤、反饋回路短接等典型問題。因此介紹選相控制原理和實(shí)現(xiàn)方案，給出典型問題的處理建議，對特高壓運(yùn)維人員的精益運(yùn)檢具有重要意義。

1 F236的選相控制原理及實(shí)現(xiàn)方案

1.1 控制原理

選相控制技術(shù)是通過選相分合閘裝置F236控制斷路器在電流零點(diǎn)或者電壓零點(diǎn)處對負(fù)載進(jìn)行投切。如圖1所示，選相分合閘設(shè)備以母線電壓TV信號作為參考電壓信號，將受控側(cè)反饋的電流信號作為完成分合閘的判據(jù)以及優(yōu)化分合閘動作誤差的參考，并且額外補(bǔ)償傳感器通過測量變換器可以補(bǔ)償影響斷路器操作時(shí)間的某些其他變量。選相控制設(shè)備F236接收分合閘信號后，F(xiàn)236根據(jù)設(shè)定的斷路器動作時(shí)間和分合閘相位完成程序運(yùn)算，選擇合適的時(shí)刻輸出受控分合閘信號至斷路器分合閘線圈，實(shí)現(xiàn)斷路器在設(shè)定相位投切。

圖1 選相控制原理

1.2 控制過程

為清楚介紹F236選相控制過程，以A相電壓為參考，將選相分合閘控制的全過程用波形圖表示。

無功補(bǔ)償設(shè)備在電壓零點(diǎn)投入，可以抑制投入時(shí)刻的合閘涌流。若設(shè)定目標(biāo)控制相位Tclstarg為0°，選相合閘原理如圖2所示，F(xiàn)236接收合閘信號后，以隨后的第一個(gè)電壓過零點(diǎn) （T0）為參考起始點(diǎn)。F236等待Tclswait時(shí)間后將受控合閘命令輸出至斷路器合閘線圈。合閘線圈受電后，經(jīng)過斷路器固有合閘時(shí)間Tcls斷路器觸點(diǎn)接觸?？芍現(xiàn)236等待時(shí)間為

式中：Tclstarg為合閘回路延時(shí)；Tpre為預(yù)擊穿時(shí)間；T為參考電壓周期；N為周期數(shù)。

圖2 選相合閘過程

無功補(bǔ)償設(shè)備分閘時(shí)，避免電弧重燃產(chǎn)生過電壓，通常在電流過零前分閘。負(fù)載為無功補(bǔ)償設(shè)備，電壓和電流的相位關(guān)系確定，因此以電壓信號為參考。若目標(biāo)分閘相位為90°，即目標(biāo)控制相位Topntarg=T／4，選相分閘過程如圖3所示，F(xiàn)236接收分閘信號后，以隨后的第一個(gè)電壓過零點(diǎn)（T0）為參考起始點(diǎn)。F236等待Topnwait時(shí)間后將受控分閘命令輸出至斷路器分閘線圈。分閘線圈受電后，經(jīng)過斷路器固有分閘時(shí)間Topn斷路器觸點(diǎn)接觸?？芍?，F(xiàn)236等待時(shí)間為

式中：Topnlag為分閘回路延時(shí)，與回路結(jié)構(gòu)有關(guān)；Tarcing為分閘過程中電弧持續(xù)時(shí)間。

圖3 選相分閘過程

2 常見問題與處理措施

2.1 控制電壓波動

額外補(bǔ)償傳感器的輸入可通測量變換器產(chǎn)生控制電壓，從而補(bǔ)償影響斷路器操作時(shí)間的某些其他變量。某特高壓站采用Tillquist變換器VU400L-154，如圖4所示。

圖4 F236接線回路

VU400L-154使用的電源為交流電源，在回路排查時(shí)發(fā)現(xiàn)其在保護(hù)屏內(nèi)使用的交流電源來自照明、打印機(jī)電源，并非UPS。保護(hù)室內(nèi)保護(hù)屏的打印機(jī)和照明電源取自同一支路電源，呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，如果一旦出現(xiàn)照明回路或打印機(jī)回路短路，將有可能導(dǎo)致上級電源掉電，從而使VU400L-154失去工作電源，導(dǎo)致控制電壓波動。此時(shí)若出現(xiàn)由無功補(bǔ)償裝置故障引起的保護(hù)裝置動作或自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）自動投切發(fā)出的遙控分合命令，則斷路器將無法完成精確的選相分合，從而導(dǎo)致合閘涌流和操作過電壓產(chǎn)生，造成廠站相應(yīng)設(shè)備壽命縮減。因此其他廠站應(yīng)用變換器時(shí)，注意變換器的工作電源應(yīng)接至UPS，防止控制電壓波動。

2.2 功能切換開關(guān)的節(jié)點(diǎn)選擇

某特高壓站無功補(bǔ)償設(shè)備通過F236裝置控制高壓斷路器投切。圖5是無功補(bǔ)償設(shè)備的選相控制回路，圖中109為分閘信號輸入，103為合閘信號輸入，分合閘信號由后臺監(jiān)控遙控或測控裝置就地控制輸出。圖中2QK為回路中的功能切換開關(guān)，決定是否投入F236裝置，節(jié)點(diǎn)1—2、5—6閉合時(shí)選相控制功能投入，反之節(jié)點(diǎn)3—4、7—8閉合時(shí)選相控制功能停用。F236投用時(shí)，合閘信號輸入至B02節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過選相控制出口動作后作用于OUT A、OUT B、OUT C，從而控制斷路器三相選相合閘；分閘信號輸入至B04節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過選相控制出口動作后作用于OUT D、OUT E、OUT F，從而控制斷路器三相選相分閘。

而在實(shí)際運(yùn)維過程中，節(jié)點(diǎn)1—2、5—6閉合，F(xiàn)236工作，三相分合閘將不同步，現(xiàn)場人員可能認(rèn)為2QK工作在“非同期”位置，從而對設(shè)備狀態(tài)掌握不準(zhǔn)，嚴(yán)重者可導(dǎo)致相應(yīng)操作失誤。

圖5 選相控制回路

若F236出現(xiàn)故障需要檢修，二次設(shè)備需要正常運(yùn)行時(shí)，可將2QK切至“非同期”位置，即節(jié)點(diǎn)3—4、7—8閉合或者短接2YK9與2YK25端子和2YK12與2YK30端子，讓F236與分合閘回路隔離，防止F236檢修期間無法分合閘無功補(bǔ)償設(shè)備。

2.3 F236受控側(cè)反饋回路被短接

在現(xiàn)場，F(xiàn)236一般與無功補(bǔ)償設(shè)備的保護(hù)裝置布置在同一屏柜上，開關(guān)處TA變換電流信號，先流入保護(hù)裝置，再接至F236的反饋回路。

在安裝、調(diào)試過程中，可能出現(xiàn)反饋回路被短接，電流信號未接至F236，導(dǎo)致F236失去自動調(diào)整的功能，造成選相分合閘抑制操作過電壓和合閘涌流的水平降低，加速開關(guān)觸頭的損壞，降低開關(guān)的服役時(shí)間。

3 結(jié)語

特高壓變電站無功補(bǔ)償設(shè)備對投切開關(guān)的可靠性更高，為抑制操作過電壓和合閘涌流的水平，延長設(shè)備壽命，推薦采用選相分合閘裝置控制開關(guān)投切。為提升運(yùn)維人員對選相分合閘裝置的理解和應(yīng)用，介紹選相分合閘裝置的基本原理及控制過程，并且給出了變換器采用UPS供電以防止控制電壓波動的建議、理清了功能切換開關(guān)位置對應(yīng)的作用，分析了反饋回路被短接的后果。