智能化GIS技术在菲律宾GNPD项目中的应用

林秀萍

摘 要：智能化GIS是由GIS设备本体、传感器及智能组件组成的一种高压设备。随着智能电网的不断发展，智能化GIS技术也取得了新的突破。本文主要介绍了智能化设备选相分合闸器在菲律宾GNPD项目中的应用。

关键词：智能化GIS；选相分合闸器；电抗器；重燃

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.095

1 選相分合闸装置概述

目前，220kV及以上电压等级的GIS断路器基本为分相操作。系统中的断路器在关合和断开瞬间，系统电压和电流的初相角通常都是随机和不确定的。这不仅对系统中的设备本身及维护不利（影响设备的绝缘、寿命），还会影响系统电压稳定性，诱发继电保护的误动作行为，增加维修作业量和维护成本。选相分合闸器是一款用于高压断路器的选相分合闸控制器。其作用是延迟断路器操作，确保在最佳相角接通电流或中断电流，将所开合负载或断路器所受的应力最小化。

近年来，客户越来越关注于提高断路器寿命，消除开合电容器组、并联电抗器与电力变压器时产生的有害电气瞬态过程。该技术也可用于超高压输电线路的充电过程，并代替传统的合闸电阻。下文具体介绍了在菲律宾GNPD项目中，选相分合闸装置的选型和设计过程。

2 选相分合闸装置在工程项目中的应用

2.1 工程项目概况

a）项目名称：菲律宾GNPD1工程。

b）地理位置：Sitio Dinginin， Barangay Alas-asin，巴丹省马利万斯市。

c）该项目采用ELK-3 550kV GIS，共有5台断路器，角形接线，其中两台断路器所带负载为电抗器。

d）技术协议中要求为带电抗器的断路器配备一套选相分合闸装置，具体规格及性能由GIS厂家根据GIS特性选择。

2.2 断路器选相分合闸器的选型原则

从技术协议上看，客户并未对选相分合闸器的具体规格要求作出明确定义，需要GIS厂家针对断路器自身特性选择适合的设备。国内外市场上的选相分合闸器品种众多，质量良莠不齐，如何选择合适的设备，主要考虑如下两点：

（1）选相分合闸装置和断路器的匹配性。要成功完成受控开合操作，该控制器必须包含最优分合闸性能与状态监测相关数据的断路器库。而最关键的参数是断路器的机械稳定性（即合闸时间的稳定性）和绝缘特性的分散性（即预击穿时间的分散性）。ELK-3 550kV断路器的机械稳定性满足每次合闸时间偏差在±1ms以内，RDDS值为160kV/ms，通过数据比对，ABB PWC600可支持此款断路器。Switchsync PWC600是ABB最新一代的选相分合闸控制器，它专为分相操作的断路器设计，能够控制断路器每相在考虑负荷、断路器或电能质量的最佳位置开断或/和关合。此控制器可补偿由于温度、控制高压、闲置时间、驱动能量以及断路器机械性能的漂移而产生的变化。同时可通过就地人机界面（HMI）直接访问设置和操作数据，并可通过网页界面支持网上浏览与下载操作。尺寸紧凑，可便捷地安装于GIS就地控制柜模拟面板上，便于观察和操作。在与客户的沟通中，客户对PWC600的功能和操作特性表示满意。

（2）负载应用。PWC600主要的负载应用有：电容器、电抗器、电力变压器、空载输电线路和电力电缆， 确定可用于本此项目。 PWC600针对并联电抗器的负载，可实现控制断电，确保电流中断后不会出现复燃现象，此外，受控通电还有助于降低各相中充电电流的不对称性，从而减少保护继电器的误动作。

最终我们选择了PWC600作为本项目的选相分合闸装置，并得到了客户的认可。

2.3 选相分合闸器的自适应校正及参数补偿功能

特定参数可能会改变断路器的操作时间（开合时间），例如时间（年限）、温度、自上次操作以来的静置时间以及直流控制电压。为了优化此类变化中的选相分合闸性能，PWC600 提供了两种功能：参数补偿和自适应校正。通过这两项功能，可以优化断路器在进行选相合闸操作时的合闸目标。

PWC600 IED 带有能够补偿外部和内部参数影响的装置，这些参数包括直流控制电压、静置时间、温度、驱动器压力、弹簧储能以及其他用户自定义参数。如环境温度可能低于0℃时， 可加装Pt100传感器去测量环境温度，再通过RIO600模块将温度数据传输到PWC600装置，可以实现由于环境温度对分合闸时间影响的补偿。考虑到该项目现场的温度环境很少会低于0℃，本次项目没有安装温度传感器和RIO600，但在设计中，预留了接口端子，以备后期需要可直接增补。

另外通过以往的测试数据发现，ELK-3 550kV断路器在静置一段时间后，会出现不同程度的合闸时间的增加，静置时间越长，增加的时间越大，因此很难通过PWC600自身的补偿功能来有效的补偿。ABB通过研究发现，在ELK-3 550kV断路器在静置一段时间后，通过3次分闸和合闸空载操作后，可以有效地消除静置时间对断路器分合闸时间的影响。因此我们在设计文件中，建议客户在每次选相分合闸操作前应对断路器进行3次分合闸的空载操作。

2.4 选相分合闸器的自适应校正原则

收到开合命令后，PWC600将根据参考电压或者参考电流信号计算最佳开合目标相角。这些计算基于要开合的负载、连接和设计配置、考虑了开合负载的操作时间变量以及外部参数变量。完成选相合闸操作后，PWC600 会在开合操作实际发生时获取瞬态数据。为此，它将分析一次模拟信号（负载电流、负载电压）以及来自断路器机构的辅助开关触头的二进制信号时序。然后再比较实际开合瞬态与目标瞬态。二者之差的分数（β 因数）将用作校正值，用于更新下一次受控开合操作的预计断路器操作时间。此过程被称作“自适应校正”；作用是补偿断路器操作特性随着时间的推移而发生的系统性变化。

在本项目设计中，将负载电流（3相）输入PWC600作为自适应校正、复燃监测的信号来源。同时为了确保可靠，选择断路器辅助开关触头的合闸时间来自适应地校正机械合闸时间。 当断路器辅助触点信号输入PWC600时，为了降低线路电容，我们给辅助触点并联了一个100千欧，0.5W的电阻。

2.5 选相分合闸器的分合闸策略

并联电抗器的通电可能引起完全不对称的相电流，从而可能对电抗器绕组施加过大的电磁应力，导致保护继电器出现误操作。通过能够确保每相中电抗器电流对称的方式将每一相通电，可以避免上述情况。本次项目设计中，受控分合闸参考均优先采用源电压，将三相源电压接入PWC600。

PWC600具有可编程设置，该编程设置可选择具体的电抗类型（如图1）。在相应的受控通电策略中，选择L1作为超前相。

输入所有相关数据后，可得出合闸操作时的目标定义如下图2：

在电抗器的断电期间，TRV会急速升高，很有可能导致复燃。在电流断续时，可通过在断路器触头两端产生足够介电强度来最大程度降低这种可能性。这可通过控制机械触头分离瞬态来实现，确保将燃弧时间控制在断路器无复燃窗口（在形式测试中确定）内，或者如果没有该无复燃窗口，将燃弧时间控制在能够使复燃影响最小的范围内。在选择每一相的目标瞬态时，我们考虑了铁芯的结构以及绕组配置。同样选择L1为超前相，得出如图3分闸操作时的目标定义。

2.6 计算断路器磨损

在新设备状态下，断路器具有额定的机械操作次数，即中断零电流或极小的电流。此外，断路器还具有额定的中断最大故障电流操作次数。在这两个极限值之间，每次分闸操作时产生的断续电流都会分别对触头和喷口造成一定程度的侵蚀和烧蚀。最终导致断路器无法可靠地切断电流。在该项目的设计中，PWC600按照中断特定电流后断路器失去的等效机械操作次数计算断路器磨损。

最终，我们将编程文件及相关的分合闸策略计算结果提交客户，得到了客户的肯定。

3 结论

通过菲律宾GNPD项目选相分合闸器的设计，我对PWC600的应用及原理设计更进了一步，对智能化GIS的技术也有了更深一层的了解和掌握。相信在不久的将来，会有越来越多功能先进齐全的智能化技术应用于GIS。

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