选相分合闸装置在交流特高压无功补偿设备上的应用

李显鹏，刘世安，程兴民，姜 涛

（国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

选相分合闸装置在交流特高压无功补偿设备上的应用

李显鹏，刘世安，程兴民，姜 涛

（国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

交流特高压变电站无功补偿设备电压等级高、容量大、投切频繁，对投切开关要求较高，综合可靠性和安全性考虑，浙江某交流特高压变电站采用带选相分合闸装置的SF6开关，能有效降低无功设备投切时的操作过电压和合闸涌流，减小对系统及无功设备的冲击，延长开关的机械寿命，同时能规避负荷开关的不足。针对选相分合闸装置在安装、调试、运维阶段出现的误接线、误发“事故总”信号、功能开关切换错误等问题进行了分析，并给出处理建议。

选相分合闸；交流特高压；无功补偿；处理建议

0 引言

无功补偿设备是变电站的重要设备，无功补偿设备投切开关的性能决定了投切过电压、合闸涌流水平，直接影响到无功补偿设备及开关本身的使用寿命，性能较差时还会对系统构成较大冲击，所以其性能至关重要。为了降低投切过电压及合闸涌流水平，专用接触器投切开关、晶闸管电压过零投入、复合开关、负荷开关等技术在各电压等级电网中不断得到应用[1-3]。

随着无功补偿设备额定电压、额定功率的增大，对投切开关的性能要求不断提高。在1 000 kV交流特高压变电站中，无功补偿设备额定电压110 kV、额定功率200 kW左右，电压高、容量大、投切频率高，因此投切开关的选择需更加慎重。

在国内首条交流特高压工程中，采用了具备切断故障电流能力的SF6开关和SF6负荷开关2种技术。前者能切断故障电流，但寿命相对较短、成本较高。后者相对寿命长、成本低，但不能切断大的故障电流，当故障电流较小时，由本间隔负荷开关切断故障电流；当故障电流较大时，需依赖上级保护来切除所在母线总开关才能切除本间隔故障，扩大了停电范围。因此，2种技术各有利弊。

在国内第2个交流特高压工程中，一种带选相分合闸技术的投切开关ABB SWITCHSYNC F236（以下简称F236）在浙江某交流特高压变电站中得到了应用。这是一种基于开关动作相角监测，通过对开关动作相角进行优化选择，最终实现在电流或电压的最佳相位实现开断或关合的控制技术。实测表明，F236对抑制无功补偿设备投切开关的操作过电压及合闸涌流效果明显[4-6]。

因F236在电力系统中较少应用，现场安装、调试、运维过程中出现了电压电流回路误接线、合闸误发“事故总”信号、功能开关切换错误等问题，以下对这些问题进行分析，提出处理建议。

1 F236工作原理及效果实测

1.1 工作原理

选相合分闸装置F236通过控制投切时间来消除有害暂态电流或电压[7-8]。控制过程中，开关的合闸或分闸命令被延时，使触头在相角处于最佳状态时接触或分离。F236典型接线见图1，F236有1个参考电压输入，作为判断最佳操作时刻的参考量；2个命令输入端子，用于接收来自监控系统的分/合闸命令；3个模拟量采集端子，用于检测分/合闸之后的电压/电流量，与装置设定进行误差比较后，优化下次的操作时间；6个命令输出端子，分别输出合/分闸命令到开关三相。

图1 F236典型接线

1.2 工作过程

F236工作过程参见图2。F236通过历史操作反馈获得相应的合闸时间TM（或分闸时间），经处理后生成相应的延时TV，在确认操控信号输入后，通过TF时间检测参考电压零点，以参考电压零点为基准，等待适当的时间TV，发出操作信号，即可实现在预期时刻的开关合闸（或分闸）操作。

图2 F236工作原理

电容器开关既控制合闸，又控制分闸。控制合闸，关合瞬间选在电压过零附近，避免产生幅值较大和频率较高的合闸涌流，减轻电弧对开关触头的烧蚀；控制分闸，在电流过零前一段时间分闸，确保电弧熄灭后具有足够的断口间隙距离，使其绝缘强度恢复速度较快，大于系统恢复电压上升速度，从而避免发生重击穿产生过电压，同时，燃弧时间不宜过长，以减少电弧对开关触头的烧蚀。

电抗器开关仅控制分闸，开断瞬间选在电流过零附近，避免重燃的发生，减小开关分闸复燃过程中的截流过电压，从而减轻对电抗器本体绝缘的冲击及开关触头的烧蚀。

因开关三相的分合闸时间TM不完全相同，初始分合闸控制一般达不到理想的效果，但F236采集了三相电流信息，对分合闸的效果进行监视，自动微调每相的延时时间TV，经过数次的分合闸操作后，即可达到理想效果。

1.3 效果实测

系统启动阶段，对F236的选相分合闸效果进行了实测，结果见表1。

表1 启动阶段实测数据

从表1可以看出，应用F236后操作过电压及合闸涌流数据均正常，F236选相分合闸功能对于抑制操作过电压和合闸涌流效果明显，符合设计要求。

图3 电容器间隔控制原理图

2 应用时应注意的问题

在电力系统中，因F236的应用较少，一般基建、运维管理单位缺乏调试、运维经验，在设备调试和运维时，容易出现各种问题。

2.1 1QK切换开关的位置选择

F236装置设置了1QK切换开关，由它来实现同期/非同期功能选择。由F236工作原理可知，应用1QK后开关A，B，C三相分、合闸将不同步，部分工作人员认为正常时应将1QK切至“非同期”位置。

由图3和4可知，当1QK切至“非同期”时，1-2和5-6接点断开，3-4和7-8接点导通，测控发出的分、合闸命令未经F236而直接发至操作箱，使得F236不能进行选相分、合闸。应将1QK切至“同期”位置，使得测控发出的分、合闸命令经F236判断再出口至操作箱。

图4 1QK接点位置

当F236装置单独检修，而一次设备和保护设备继续运行时，需将1QK切至“非同期”位置，或短接1YK9—1YK25和1YK12—1YK30，将分合闸回路与F236隔离，防止F236失电后监控后台无法进行分合闸操作。

2.2 电容器间隔合闸时误发“事故总”信号

在系统调试阶段，监控系统合电容器开关时，监控系统会发“事故总”信号。合电抗器开关、分电容器开关、分电抗器开关均无此异常。“事故总”信号原理如图5所示。

图5 电容器间隔事故总信号原理图

由图3和图5可知，HHJ继电器收到合闸命令励磁后、开关在分位时，将会发“事故总”信号，这是一个常规问题。为避免常规合闸操作误发“事故总”，一般厂站在测控中设置消陡时间，躲开这个信号。采用F236，测控发出合闸命令后，还需经F236判断并加以延时，增加了F236的判断时间和延时时间，此时测控装置消陡时间仅按常规电容器操作设置可能过短，将该电容器间隔测控消陡时间适当延长后，异常消失。

从图3和图5还可知，对于采用了F236的电容器、电抗器间隔，在电容器、电抗器分闸操作时，HHJ继电器会立即失磁，不会误发“事故总”；电抗器合闸不经F236，也无此问题，仅电容器合闸操作可能会出现此异常。其他厂站在应用选相分合闸装置时也需注意。

2.3 装置背板电流、电压端子误接线

F236装置的软件界面为全英文界面，在安装接线时，可能出现各种问题，应特别注意。比如，可能会出现参考电压误接至C板件上（正确方式应接至A板件），导致F236失去参考电压，不能正常工作，对电容器间隔，还将会出现合闸后低电压保护动作跳开开关的情况。严重时还会将C板件的电流电缆误接至电压端子上，造成电流回路开路，出现过电压击穿采样单元和电流回路的情况。

2.4 F236电流回路被短接

F236一般与电容器（电抗器）保护同屏布置，开关端子箱处电流先流入保护装置，流经F236后在端子排上短接。

基建单位因能力、经验不足，F236一般由ABB厂家或者省电科院进行整定、调试，基建单位仅整定、调试保护。若两组工作人员配合不当，则可能出现电流回路从保护出来后被短接，电流未能流入F236的问题，这将导致F236失去根据操作情况进行自动优化的能力，使得选相分合闸不能达到理想效果，极端情况下可能出现开关在电压电流峰值时分合闸的情况，加剧了开关触头的烧蚀，缩短了开关的寿命。

3 结语

交流特高压变电站无功补偿设备电压等级高、容量大、投切频繁，对投切开关要求较高，综合可靠性和安全性考虑，建议采用带选相分合闸装置的SF6开关。选相分合闸装置的应用降低了无功补偿设备投切时的操作过电压和合闸涌流，减小了对系统、无功补偿设备的冲击，延长了开关的机械寿命；同时因无功补偿设备开关本身能切断短路电流，本间隔故障无需依赖上级保护来切除所在母线总开关，减少了逻辑配合关系，可靠性得到提高，也避免了停电范围扩大，规避了负荷开关的不足。另外，对F236装置在安装、调试、运维阶段出现的误接线、误发“事故总”信号、功能开关切换错误等问题进行了分析，给出了处理建议。

[1]林立生.切合电容器组用断路器的选择[J].河北电力技术，1989（3）∶47-50.

[2]周鼎.关于选相合闸的思考[J].高压电器，1996（6）∶33-34.

[3]杨广羽，李锋涛，刘高峰，等.高压直流输电工程跳合闸选相装置的工作原理及应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（16）∶108-110.

[4]颜湘莲，李志兵.1 000 kV淮南——上海特高压交流输电示范工程系统调试110 kV侧断路器选相功能测试方案[R].北京：中国电力科学研究院，2013.

[5]颜湘莲，刘北阳，王浩.1 000 kV淮南——上海特高压交流输电示范工程系统调试110 kV侧断路器选相功能测试[R].北京：中国电力科学研究院，2013.

[6]王磊.合闸角控制装置SwitchsyncF236的安装和调试[J].高电压技术，2008，34（7）∶1525-1527.

（本文编辑：方明霞）

Application of Phase Selection Device in UHV AC Reactive Power Equipment

LI Xianpeng，LIU Shian，CHENG Xingmin，JIANG Tao

（State Grid Zhejiang Maintenance Company Branch，Hangzhou 311232，China）

Characterized by high voltage level，large capacity and frequent switching，reactive power equipment in the UHV AC substation has stringent requirement on switches.In consideration of reliability and safety，SF6switch with phase selection device is used in the UHV AC station in Zhejiang to reduce switching overvoltage and reclosing surge current of the reactive power device during its operation and decrease the impact on system and reactive power device to prolong mechanical durability and avoid the disadvantages of load switch.The paper analyzes wrong wiring，"integrated accident"signaling and wrong operation of function switches during phase selection device installation，commissioning as well as operation and maintenance；besides，it presents some recommendations.

phase selection；UHV AC；reactive compensation；recommendations

TM761

B

1007-1881（2016）12-0056-04

2016-10-17

李显鹏（1984），男，工程师，从事超、特高压变电站运维与检修工作。