特高壓變電站選相分合閘裝置運維技術研究

楊 能，尹國慧，苗長青，解江濤，王 磊

（國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118）

0 引言

為遠距離大容量輸送電能，特高壓輸變電工程得到廣泛建設和投運［1］。無功補償設備的投切過程決定著合閘涌流、操作過電壓的水平，直接影響相關設備的服役時間［2-3］。而特高壓變電站的無功補償設備具有電壓等級高、容量大、投切頻繁、保護配置復雜等特點，因而其對投切開關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沖擊，抑制操作過電壓和合閘涌流，使系統在開關動作過程平穩過渡，專用接觸器投切開關、晶閘管電壓過零投入、負荷開關等技術得到發展并在無功補償設備上使用［5］。但是以上技術在實際應用過程中易出現故障，逐步被淘汰。20世紀90年代，選相控制技術被提出，該技術利用控制斷路器開斷時刻實現對合閘涌流和重燃過電壓的抑制［6］，因而選相控制技術逐步應用于超高壓變電站，并積累了相應運維技術［7］。特高壓變電站電壓等級更高、容量更大，傳統超高壓變電站選相分合閘裝置運維技術不再適用，因此研究特高壓變電站選相分合閘裝置的運維技術具有重要意義。

山東某特高壓變電站選用Switchsync F236裝置，現場實際數據表明，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在特高壓工程應用與運維經驗較少，實際過程常會出現控制電壓波動、功能開關切換錯誤、反饋回路短接等典型問題。因此介紹選相控制原理和實現方案，給出典型問題的處理建議，對特高壓運維人員的精益運檢具有重要意義。

1 F236的選相控制原理及實現方案

1.1 控制原理

選相控制技術是通過選相分合閘裝置F236控制斷路器在電流零點或者電壓零點處對負載進行投切。如圖1所示，選相分合閘設備以母線電壓TV信號作為參考電壓信號，將受控側反饋的電流信號作為完成分合閘的判據以及優化分合閘動作誤差的參考，并且額外補償傳感器通過測量變換器可以補償影響斷路器操作時間的某些其他變量。選相控制設備F236接收分合閘信號后，F236根據設定的斷路器動作時間和分合閘相位完成程序運算，選擇合適的時刻輸出受控分合閘信號至斷路器分合閘線圈，實現斷路器在設定相位投切。

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。

無功補償設備在電壓零點投入，可以抑制投入時刻的合閘涌流。若設定目標控制相位Tclstarg為0°，選相合閘原理如圖2所示，F236接收合閘信號后，以隨后的第一個電壓過零點 （T0）為參考起始點。F236等待Tclswait時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，經過斷路器固有合閘時間Tcls斷路器觸點接觸。可知，F236等待時間為

式中：Tclstarg為合閘回路延時；Tpre為預擊穿時間；T為參考電壓周期；N為周期數。

圖2 選相合閘過程

無功補償設備分閘時，避免電弧重燃產生過電壓，通常在電流過零前分閘。負載為無功補償設備，電壓和電流的相位關系確定，因此以電壓信號為參考。若目標分閘相位為90°，即目標控制相位Topntarg=T／4，選相分閘過程如圖3所示，F236接收分閘信號后，以隨后的第一個電壓過零點（T0）為參考起始點。F236等待Topnwait時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，經過斷路器固有分閘時間Topn斷路器觸點接觸。可知，F236等待時間為

式中：Topnlag為分閘回路延時，與回路結構有關；Tarcing為分閘過程中電弧持續時間。

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

額外補償傳感器的輸入可通測量變換器產生控制電壓，從而補償影響斷路器操作時間的某些其他變量。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，在回路排查時發現其在保護屏內使用的交流電源來自照明、打印機電源，并非UPS。保護室內保護屏的打印機和照明電源取自同一支路電源，呈環形結構，如果一旦出現照明回路或打印機回路短路，將有可能導致上級電源掉電，從而使VU400L-154失去工作電源，導致控制電壓波動。此時若出現由無功補償裝置故障引起的保護裝置動作或自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）自動投切發出的遙控分合命令，則斷路器將無法完成精確的選相分合，從而導致合閘涌流和操作過電壓產生，造成廠站相應設備壽命縮減。因此其他廠站應用變換器時，注意變換器的工作電源應接至UPS，防止控制電壓波動。

2.2 功能切換開關的節點選擇

某特高壓站無功補償設備通過F236裝置控制高壓斷路器投切。圖5是無功補償設備的選相控制回路，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，決定是否投入F236裝置，節點1—2、5—6閉合時選相控制功能投入，反之節點3—4、7—8閉合時選相控制功能停用。F236投用時，合閘信號輸入至B02節點，經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節點，經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。

而在實際運維過程中，節點1—2、5—6閉合，F236工作，三相分合閘將不同步，現場人員可能認為2QK工作在“非同期”位置，從而對設備狀態掌握不準，嚴重者可導致相應操作失誤。

圖5 選相控制回路

若F236出現故障需要檢修，二次設備需要正常運行時，可將2QK切至“非同期”位置，即節點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償設備。

2.3 F236受控側反饋回路被短接

在現場，F236一般與無功補償設備的保護裝置布置在同一屏柜上，開關處TA變換電流信號，先流入保護裝置，再接至F236的反饋回路。

在安裝、調試過程中，可能出現反饋回路被短接，電流信號未接至F236，導致F236失去自動調整的功能，造成選相分合閘抑制操作過電壓和合閘涌流的水平降低，加速開關觸頭的損壞，降低開關的服役時間。

3 結語

特高壓變電站無功補償設備對投切開關的可靠性更高，為抑制操作過電壓和合閘涌流的水平，延長設備壽命，推薦采用選相分合閘裝置控制開關投切。為提升運維人員對選相分合閘裝置的理解和應用，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位置對應的作用，分析了反饋回路被短接的后果。