智能化GIS技術在菲律賓GNPD項目中的應用

林秀萍

摘 要：智能化GIS是由GIS設備本體、傳感器及智能組件組成的一種高壓設備。隨著智能電網的不斷發展，智能化GIS技術也取得了新的突破。本文主要介紹了智能化設備選相分合閘器在菲律賓GNPD項目中的應用。

關鍵詞：智能化GIS；選相分合閘器；電抗器；重燃

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

1 選相分合閘裝置概述

目前，220kV及以上電壓等級的GIS斷路器基本為分相操作。系統中的斷路器在關合和斷開瞬間，系統電壓和電流的初相角通常都是隨機和不確定的。這不僅對系統中的設備本身及維護不利（影響設備的絕緣、壽命），還會影響系統電壓穩定性，誘發繼電保護的誤動作行為，增加維修作業量和維護成本。選相分合閘器是一款用于高壓斷路器的選相分合閘控制器。其作用是延遲斷路器操作，確保在最佳相角接通電流或中斷電流，將所開合負載或斷路器所受的應力最小化。

近年來，客戶越來越關注于提高斷路器壽命，消除開合電容器組、并聯電抗器與電力變壓器時產生的有害電氣瞬態過程。該技術也可用于超高壓輸電線路的充電過程，并代替傳統的合閘電阻。下文具體介紹了在菲律賓GNPD項目中，選相分合閘裝置的選型和設計過程。

2 選相分合閘裝置在工程項目中的應用

2.1 工程項目概況

a）項目名稱：菲律賓GNPD1工程。

b）地理位置：Sitio Dinginin， Barangay Alas-asin，巴丹省馬利萬斯市。

c）該項目采用ELK-3 550kV GIS，共有5臺斷路器，角形接線，其中兩臺斷路器所帶負載為電抗器。

d）技術協議中要求為帶電抗器的斷路器配備一套選相分合閘裝置，具體規格及性能由GIS廠家根據GIS特性選擇。

2.2 斷路器選相分合閘器的選型原則

從技術協議上看，客戶并未對選相分合閘器的具體規格要求作出明確定義，需要GIS廠家針對斷路器自身特性選擇適合的設備。國內外市場上的選相分合閘器品種眾多，質量良莠不齊，如何選擇合適的設備，主要考慮如下兩點：

（1）選相分合閘裝置和斷路器的匹配性。要成功完成受控開合操作，該控制器必須包含最優分合閘性能與狀態監測相關數據的斷路器庫。而最關鍵的參數是斷路器的機械穩定性（即合閘時間的穩定性）和絕緣特性的分散性（即預擊穿時間的分散性）。ELK-3 550kV斷路器的機械穩定性滿足每次合閘時間偏差在±1ms以內，RDDS值為160kV/ms，通過數據比對，ABB PWC600可支持此款斷路器。Switchsync PWC600是ABB最新一代的選相分合閘控制器，它專為分相操作的斷路器設計，能夠控制斷路器每相在考慮負荷、斷路器或電能質量的最佳位置開斷或/和關合。此控制器可補償由于溫度、控制高壓、閑置時間、驅動能量以及斷路器機械性能的漂移而產生的變化。同時可通過就地人機界面（HMI）直接訪問設置和操作數據，并可通過網頁界面支持網上瀏覽與下載操作。尺寸緊湊，可便捷地安裝于GIS就地控制柜模擬面板上，便于觀察和操作。在與客戶的溝通中，客戶對PWC600的功能和操作特性表示滿意。

（2）負載應用。PWC600主要的負載應用有：電容器、電抗器、電力變壓器、空載輸電線路和電力電纜， 確定可用于本此項目。 PWC600針對并聯電抗器的負載，可實現控制斷電，確保電流中斷后不會出現復燃現象，此外，受控通電還有助于降低各相中充電電流的不對稱性，從而減少保護繼電器的誤動作。

最終我們選擇了PWC600作為本項目的選相分合閘裝置，并得到了客戶的認可。

2.3 選相分合閘器的自適應校正及參數補償功能

特定參數可能會改變斷路器的操作時間（開合時間），例如時間（年限）、溫度、自上次操作以來的靜置時間以及直流控制電壓。為了優化此類變化中的選相分合閘性能，PWC600 提供了兩種功能：參數補償和自適應校正。通過這兩項功能，可以優化斷路器在進行選相合閘操作時的合閘目標。

PWC600 IED 帶有能夠補償外部和內部參數影響的裝置，這些參數包括直流控制電壓、靜置時間、溫度、驅動器壓力、彈簧儲能以及其他用戶自定義參數。如環境溫度可能低于0℃時， 可加裝Pt100傳感器去測量環境溫度，再通過RIO600模塊將溫度數據傳輸到PWC600裝置，可以實現由于環境溫度對分合閘時間影響的補償。考慮到該項目現場的溫度環境很少會低于0℃，本次項目沒有安裝溫度傳感器和RIO600，但在設計中，預留了接口端子，以備后期需要可直接增補。

另外通過以往的測試數據發現，ELK-3 550kV斷路器在靜置一段時間后，會出現不同程度的合閘時間的增加，靜置時間越長，增加的時間越大，因此很難通過PWC600自身的補償功能來有效的補償。ABB通過研究發現，在ELK-3 550kV斷路器在靜置一段時間后，通過3次分閘和合閘空載操作后，可以有效地消除靜置時間對斷路器分合閘時間的影響。因此我們在設計文件中，建議客戶在每次選相分合閘操作前應對斷路器進行3次分合閘的空載操作。

2.4 選相分合閘器的自適應校正原則

收到開合命令后，PWC600將根據參考電壓或者參考電流信號計算最佳開合目標相角。這些計算基于要開合的負載、連接和設計配置、考慮了開合負載的操作時間變量以及外部參數變量。完成選相合閘操作后，PWC600 會在開合操作實際發生時獲取瞬態數據。為此，它將分析一次模擬信號（負載電流、負載電壓）以及來自斷路器機構的輔助開關觸頭的二進制信號時序。然后再比較實際開合瞬態與目標瞬態。二者之差的分數（β 因數）將用作校正值，用于更新下一次受控開合操作的預計斷路器操作時間。此過程被稱作“自適應校正”；作用是補償斷路器操作特性隨著時間的推移而發生的系統性變化。

在本項目設計中，將負載電流（3相）輸入PWC600作為自適應校正、復燃監測的信號來源。同時為了確保可靠，選擇斷路器輔助開關觸頭的合閘時間來自適應地校正機械合閘時間。 當斷路器輔助觸點信號輸入PWC600時，為了降低線路電容，我們給輔助觸點并聯了一個100千歐，0.5W的電阻。

2.5 選相分合閘器的分合閘策略

并聯電抗器的通電可能引起完全不對稱的相電流，從而可能對電抗器繞組施加過大的電磁應力，導致保護繼電器出現誤操作。通過能夠確保每相中電抗器電流對稱的方式將每一相通電，可以避免上述情況。本次項目設計中，受控分合閘參考均優先采用源電壓，將三相源電壓接入PWC600。

PWC600具有可編程設置，該編程設置可選擇具體的電抗類型（如圖1）。在相應的受控通電策略中，選擇L1作為超前相。

輸入所有相關數據后，可得出合閘操作時的目標定義如下圖2：

在電抗器的斷電期間，TRV會急速升高，很有可能導致復燃。在電流斷續時，可通過在斷路器觸頭兩端產生足夠介電強度來最大程度降低這種可能性。這可通過控制機械觸頭分離瞬態來實現，確保將燃弧時間控制在斷路器無復燃窗口（在形式測試中確定）內，或者如果沒有該無復燃窗口，將燃弧時間控制在能夠使復燃影響最小的范圍內。在選擇每一相的目標瞬態時，我們考慮了鐵芯的結構以及繞組配置。同樣選擇L1為超前相，得出如圖3分閘操作時的目標定義。

2.6 計算斷路器磨損

在新設備狀態下，斷路器具有額定的機械操作次數，即中斷零電流或極小的電流。此外，斷路器還具有額定的中斷最大故障電流操作次數。在這兩個極限值之間，每次分閘操作時產生的斷續電流都會分別對觸頭和噴口造成一定程度的侵蝕和燒蝕。最終導致斷路器無法可靠地切斷電流。在該項目的設計中，PWC600按照中斷特定電流后斷路器失去的等效機械操作次數計算斷路器磨損。

最終，我們將編程文件及相關的分合閘策略計算結果提交客戶，得到了客戶的肯定。

3 結論

通過菲律賓GNPD項目選相分合閘器的設計，我對PWC600的應用及原理設計更進了一步，對智能化GIS的技術也有了更深一層的了解和掌握。相信在不久的將來，會有越來越多功能先進齊全的智能化技術應用于GIS。

參考文獻：

[1]石光.智能變電站試驗與調試[M].北京：中國電力出版社，2015

（03）.

[2]王建華.電氣工程師手冊（3版）[M].北京：機械工業出版社，2006

（09）.

[3]馬輝.數字化變電站技術叢書[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4]郝治國，張保會，褚云龍等.變壓器空載合閘勵磁涌流抑制技術研究[J].高壓電器，2005，41（02）：81-84.

[5]張愛民，蔣剛，張連原等.軟PLC的設計思想在繼電保護裝置中的應用[J].高壓電器，2007，43（06）：444-447.