110 kV电容器组选相分合闸装置的应用

李露露，陈培峰，赵世芳

（1.国网山东省电力公司检修公司，济南 250118；2.国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261000）

110 kV电容器组选相分合闸装置的应用

李露露1，陈培峰1，赵世芳2

（1.国网山东省电力公司检修公司，济南 250118；2.国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261000）

通过电容器的投切调节系统电压是提高电能质量的重要措施之一。但大的电容器组在投入和切除的瞬间，会产生瞬态过电压和涌流，影响系统电压的稳定性。特高压泉城站110 kV断路器首次采用了选相分合闸装置，成功解决了电容器组投切瞬间的瞬态过电压和涌流问题。对选相分合闸装置特点、功能原理和投切策略进行了详细分析，为其他相似特高压站提供技术参考。

特高压；电容器组；瞬态过电压；涌流；选相分合闸装置

0 引言

1 000 kV锡盟—山东特高压输变电工程是改善生态环境质量，充分发挥大容量、远距离、多落点以及网络功能优势，实现资源优化配置的优质工程［1-4］。

1 000 kV特高压泉城站作为该工程的终点站，装设2组3×1 000 MVA主变压器，每组主变压器低压侧装设2组240 Mvar的低压电容器组。与常规500 kV变电站中的35 kV低压并联电容器组相比，特高压110 kV低压并联电容器组有电压等级高、补偿容量大、保护配置复杂、瞬态过电压及涌流大等特点，在电容器组投入和切除瞬间极易发生事故。为解决上述问题，首次应用选相分合闸装置进行电容器组的投入和切除。

1 110 kV并联电容器组连接方式

110kV低压电容器组型号为TBB110-240000AQW，采用单星形双桥差接线方式，每相由144只电容器组成。电源侧串联串抗率为5%电抗器的电容器额定电压为126.3 kV，单台电容器型号为BAM6.08-556-1W，串联串抗率为12%电抗器的电容器额定电压为136.4 kV，单台电容器型号为BAM6.56-556-1W。每相电容器组配有两台桥差电流互感器，每个桥由4个桥臂组成，每个桥臂18台电容器采用2并3串3支路的接线形式，如图1所示。

电容器单元内含电容器元件、内熔丝和放电电阻，采用3串21并的接线方式。电容器元件采用内熔丝保护，当某元件故障时，与故障元件并联的其他元件会向故障元件串联的内熔丝放电，导致熔丝熔断，该故障元件退出运行。此种接线方式的特点是内部故障保护方式较多，安装方便、结构布置简单，与故障电容器相连的完好电容器端子上会产生低值过电压，降低了电容器组内部发生故障时退出运行的可能性。但此种接线方式需并联大量的电容器，发生故障时，非故障电容器会对故障电容器进行放电，且放电电流非常大，尤其在电容器组投入和切除瞬间，产生的涌流极易造成电容器爆炸等严重事故，为了解决问题，一般给断路器加装合闸电阻或装设避雷器，但此种方法安装程序复杂、造价高、效果不理想，经济性差［5］。

图1 电容器组接线方式

2 选相分合闸装置的特点

正常情况下，系统电压为50 Hz的正弦波，在电容器组投入或切除瞬间，系统的电压可能正好在电压零点处，也可能正好在电压峰值处，为了避免产生瞬态过电压和涌流，要求电容器组在系统电压过零点处投入。通过选相分合闸技术，控制断路器在电压或电流最有利的相位进行投切，使断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，电容器组在对自身和系统冲击最小的情况下完成投切。与传统方法相比，选相分合闸装置具有以下突出特点。

1）选相分合闸装置有两个输入端，能够同时接受断路器的闭合、断开命令，其控制器有3个自适应性输入端，可以探测每个极闭合、断开的时间，该输入端通过连接传感器，能对外部参数变量进行补偿。

2）开关瞬间的自适应控制可确保对断路器进行控制，不受操作时间的时效性影响。

3）自动检测相位基准电压，减小电网中瞬态过电压、涌流和谐波含量变化的影响。

4）用环境温度和其他可选外部参数对操作时间变量进行补偿。

5）可通过调制解调器直接或远程向计算机传输有关信息，进行参数改变或访问断路器操作的存储数据。

6）每秒对微处理器实施一次自动控制，存储断路器操作数据，有助于进行控制器的功能检查和断路器状况监控。

3 选相分合闸装置的功能原理

如图2所示，当控制器1收到开关命令后，将它传送到两个输入端2或3中的一个，它的微处理器在基准电压为零时（基准电压通常取自断路器电源侧的电压互感器4），开启时钟。当过去总等待时间后，控制器1进一步发出开关命令至断路器操作线圈5、6、7或8、9、10。这一特定的等待时间由处理器根据输入数据和早期开关的结果（自适应模式）以及对环境温度和另外一个外部参数的补偿决定。当选相分合闸装置启用自适应模式时，它会自动记录每个极的开关操作结果，并在下一个开关操作中调节它的等待时间，并且考虑了预定目标的偏离值。在闭合操作中，电流互感器11、12和13的起始电流用于探测接通瞬态。5、6、7、8、9、10这6个命令输出端适用于分相操作断路器的闭合和断开，其中5、6、7用于闭合，8、9、10用于断开，对于所有的输出命令，自适应模式下的等待时间是可以调整的，调节量也有所不同。

图2 选相分合闸装置原理

总之，选相分合闸装置保留来自控制系统的开关命令，并充分考虑断路器的预期操作时间，然后将该信息发送给断路器，从而使之在合适的相位执行闭合和断开命令。

4 控制策略和投切策略

4.1 选相分合闸装置控制策略

如图3所示，曲线为断路器的参考电压，①为选项分合闸装置接到测控系统合闸命令时刻，确定合闸命令正确后到达时刻②，之后装置进行频率稳定性检测到达时刻③，经过大约一个周波即20 ms后，确定参考电压过零点到达时刻④，经过等待时间⑦，在⑧时刻对断路器发出合闸命令，断路器经过自身固有动作时间⑥，在电压过零点处⑤完成合闸。

图3 控制策略

4.2 选相分合闸装置投切策略

如图4所示，电容器组投入运行时，选相分合闸装置以曲线1中的Ua为参考电压，曲线2、3、4中的Ua、Ub、Uc为电容器组断路器合闸前电压，ia、ib、ic为断路器合闸后的线电流，T1为断路器合闸延时时间，T2为断路器动静触头介质击穿时间，T3为断路器动静触头完全接触时间。在Ua过零点时，延时约8.3 ms，此时Uab过零点，A、B两相同时开始合闸，90°后 （约经过5 ms），此时UC过零点，C相开始合闸，整个断路器合闸过程结束。电容器组退出时，选相分合闸装置检测到线电压Uab过零点后延时3.3 ms，B相电流Ib过零点时，先分B相，60°后（约延时6.7 ms），A相电流过零点，分A相，60°后（约延时10 ms），C相电流过零点，分C相，分闸完成，通过这种投切策略，保证了在系统电压过零点时投入和切除电容器组。

图4 断路器投入时间示意

5 结语

1 000 kV特高压泉城站通过应用选项分合闸装置，消除了电容器组投切过程中所产生的瞬态过电压和励磁涌流，减小了断路器端口之间的重燃电弧，避免了电流互感器和串联电抗器绝缘损伤，减轻了维修作业量和维护成本，确保了110 kV系统的稳定性和安全性。

［1］许鹏，李忠全，秦艳伟.1 000 kV特高压长治站110 kV并联电容器组技术创新及运行分析［J］.电力电容器与无功补偿，2009，30（3）：9-13.

［2］张月华，孙国华，王红雨，等.特高压交流输变电工程110 kV干式空心并联电抗器研制［J］.电工电气，2015（7）：58-59.

［3］李晓杰，时伟光.特高压长治站并联电容器组桥式差电流保护分析［J］.电力电容器与无功补偿，2010，31（6）：1-3.

［4］盛国钊，严飞，姜胜宝，等.大容量电容器组桥差不平衡电流保护近似计算［J］.电力电容器与无功补偿，2009，30（2）：1-6.

［5］田秋松，张健毅，毛建坤，等.特高压电网110 kV并联电容器组的配置和投切［J］.华东电力，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，从事特高压运检方面的工作；

陈培峰（1985），男，工程师，从事特高压运检方面的工作；

赵世芳（1988），女，工程师，从事特高压运检方面的工作。