252-1100kV系列高压交流旁路开关产品设计和工程化应用

(西安西电高压开关有限责任公司，陕西 西安 710018)

1 引言

串联电容器补偿技术是在输电线路中串入电容器组，利用电容器容抗抵消部分输电线路感抗，从而减小线路的等值电抗，在高压远距离输电线路上，其相当于缩短线路的电气距离，提高线路输送容量，降低线路输送损耗，更加合理地分配输送功率，从而提高电力系统的经济性和稳定运行水平[1]。

2 交流旁路开关的作用

交流旁路开关与串联电容器及过电压保护器并联，用来在正常运行或事故时投入或退出串补装置。当系统或串补设备出现故障等紧急情况时，要求快速退出电容器组，所以通常要求旁路开关具有较短且稳定的合闸时间。

3 工作原理

交流旁路开关的工作原理如图1所示，当旁路开关S断开时，电容C串联在线路中投入运行，当旁路开关S关合时，电容C退出回路。通过操作旁路开关S可以控制电容器C的投入和退出[2]。

C-串联电容器；D-阻尼装置；G-火花间隙；S-旁路开关

图1 交流旁路开关工作原理图

4 主要技术参数

目前西开公司系列化的高压交流开关产品有PLW2-1100，PLW3-550和PLW3-252，其主要技术参数见表1。

表1 技术参数

5 产品外形

PLW2-1100/252/Y6300-160高压交流旁路开关为户外型产品，如图2所示。每台开关由三个单极组成，每极为单柱单断口结构，包括灭弧室装配(不带并联电容器)、支柱装配、液压弹簧操动机构和支架，外形呈“T形布置。灭弧室上下法兰处均安装有均压环。每极配用一台CYA6-7型液压弹簧操动机构，可单极操作，也可三极电气联动操作。产品高度为13.1m，带检修平台后总高度为16m。

图2

PLW3-550/170/Y5000-125高压交流旁路开关为户外型产品，如图3所示。每台开关由三个单极组成，每极为单柱单断口结构，包括灭弧室装配、支柱装配、液压弹簧操动机构和支架，外形呈“I”形布置。灭弧室上下法兰处均安装有均压环。每极配用一台CYA6-7型液压弹簧操动机构，可单极操作，也可三极电气联动操作。产品高度为8.9m。

图3 PLW3-550高压交流旁路开关外形图

PLW3-252/170/Y4000-125高压交流旁路开关为户外型产品。每台开关由三个单极组成，每极为单柱单断口结构，包括灭弧室装配、支柱装配、液压弹簧操动机构和支架，外形呈“I”形布置。每极配用一台CYA6-7型液压弹簧操动机构，可单极操作，也可三极电气联动操作。 产品高度为6.6m。

图4 PLW3-252高压交流旁路开关外形图

6 结构特点

6.1 灭弧室结构

该系列高压交流开关的灭弧室采用压气式灭弧原理。

(1)PLW2-1100旁路开关对地绝缘1100kV，断口绝缘252kV。考虑到旁路开关对合闸时间要求比较短，因此断口距离不应太大，灭弧室采用双断口结构比较合理。同时考虑到无线电干扰试验，在旁路开关进出线和中间躯壳位置设置均压环，如图5所示。通过仿真软件对中间躯壳的电场和进出线端子处电场分别进行分析，如图6所示，可以看出电场的分布均匀合理。

图5 PLW2-1100灭弧室

图6 PLW2-1100旁路开关电场计算

(2)根据表1中的参数可知：PLW3-550旁路开关和PLW3-252旁路开关具有相同的断口绝缘参数，仅对地参数不同；因此在产品结构上，两种旁路开关采用同一种灭弧室，支柱高度随电压等级增高而增高。考虑到无线电干扰，PLW3-550旁路开关的进出线端子设置有均压环，如图3所示。通过仿真软件对灭弧室电场进行分析，如图7所示，可以看出电场的分布均匀合理。

6.2 支柱结构

该系列高压交流开关产品高度较高，为了提高产品在分合闸过程中的稳定性，在产品支柱内部设有专门的导向装置，如图8所示。

图7 PLW3-550和PLW3-252灭弧室电场计算

图8 导向装置

6.3 传动结构

(1)PLW2-1100旁路开关的传动结构设计

为了满足旁路开关合闸时间比较短的特性，对传动结构进行了特殊设计，如图9所示。通常断路器产品分闸时间较短，操动机构的输出功中分闸操作功大，合闸操作功小；而交流旁路开关一般要求合闸时间较短，要求机构输出功合闸操作功大，分闸操作功小。因此交流旁路开关的传动结构可以在断路器的传动机构进行变换，即改变传动拐臂的装配方向，从而使机构活塞杆向上推(机构的合闸)带动灭弧室的分闸，机构活塞杆向下拉(机构的分闸)带动灭弧室的合闸[3]。

(2)PLW3-550旁路开关和PLW3-252旁路开关的传动结构设计

PLW3-550旁路开关和PLW3-252旁路开关采用单断口的灭弧室，整体外形呈I型，因此传动结构采用常规的直连结构，即灭弧室输出拉杆的接头和机构输出端的夹叉通过销进行连接。该传动连接结构简单可靠，操作功损失小。

图9 PLW2-1100旁路开关的传动结构

图10 PLW3-550和PLW3-252旁路开关传动结构

6.4 操动机构

因液压机构具有响应快，可靠性高，输出功率大等优势，该系列高压交流开关均配置液压操动机构。根据不同电压等级旁路开关对分合闸操功的不同需要，分别对其配置的液压机构进行选型，PLW2-1100旁路开关采用CYA8G型液压机构，PLW3-550旁路开关和PLW3-252旁路开关选用CYA6-7型液压机构，如图11所示。

图11 液压机构

7 工程应用

(1)国家电网公司晋东南(长治)——南阳——荆门特高压交流试验示范工程扩建工程是我国首条1100kV特高压交流示范工程，在该工程首次采用了串补系统。根据国网公司建设1100kV特高压输电串补系统的需要，西开有限公司开展1100kV特高压交流串补旁路开关的研制工作，并于2011年7月在国家高压电器质量监督检验中心通过了全部型式试验。

PLW2-1100旁路开关在1100kV晋东南(长治)——南阳——荆门特高压交流试验示范工程扩建工程供货4台，目前运行情况良好，如图12所示。

图12 PLW2-1100运行南阳串补站

(2)国网公司锡盟——山东1100kV特高压交流输变电工程是国家规划的大气污染防治行动计划12条重点输电通道中首条线路。该工程新建锡盟、北京东、济南3座1100kV变电站和承德1100kV串补站。

PLW2-1100旁路开关在国家电网公司锡盟—山东1100kV特高压交流输变电工程中供货2台，挂网运行在承德1100kV串补站中，目前运行情况良好，如图13所示。

图13 PLW2-1100运行在承德串补站

(3)青海海西至主网输电通道能力提升工程包括日月山750kV变电站扩建串补工程，海西750kV开关站扩建串补工程和柴达木750kV变电站扩建串补工程3个子工程。

PLW2-1100旁路开关在青海海西至主网输电通道能力提升工程中供货8台，其中日月山串补站供货2台，海西串补站供货4台，柴达木串补站供货2台，目前产品已安装完毕。如图14～图16所示。

图14 PLW2-1100运行在青海柴达木串补站

图15 PLW2-1100运行在青海日月山串补站

(4)山西方山220kV串补工程为山西省电力公司重点工程项目，PLW3-252旁路开关在山西方山220kV串补工程中供货2台，挂网运行在山西方山串补站中，目前运行情况良好，如图16所示。

图16 PLW3-252运行在山西方山串补站

8 结语

高压串补设备PLW2-1100、PLW3-550和PLW3-252旁路开关的研制成功和工程化应用，推动了我国高压开关行业的发展；同时为高压交流输电线路的串补系统、提高高压交流输电系统的稳定性及输送功率做出了巨大贡献，也为我国开关行业赶超国际先进水平，产品走向国际市场打下了良好的基础。