特高压变电站选相分合闸装置运维技术研究

杨 能，尹国慧，苗长青，解江涛，王 磊

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

为远距离大容量输送电能，特高压输变电工程得到广泛建设和投运［1］。无功补偿设备的投切过程决定着合闸涌流、操作过电压的水平，直接影响相关设备的服役时间［2-3］。而特高压变电站的无功补偿设备具有电压等级高、容量大、投切频繁、保护配置复杂等特点，因而其对投切开关的可靠性有更高要求［4］。

为了减小断路器操作过程中的暂态冲击，抑制操作过电压和合闸涌流，使系统在开关动作过程平稳过渡，专用接触器投切开关、晶闸管电压过零投入、负荷开关等技术得到发展并在无功补偿设备上使用［5］。但是以上技术在实际应用过程中易出现故障，逐步被淘汰。20世纪90年代，选相控制技术被提出，该技术利用控制断路器开断时刻实现对合闸涌流和重燃过电压的抑制［6］，因而选相控制技术逐步应用于超高压变电站，并积累了相应运维技术［7］。特高压变电站电压等级更高、容量更大，传统超高压变电站选相分合闸装置运维技术不再适用，因此研究特高压变电站选相分合闸装置的运维技术具有重要意义。

山东某特高压变电站选用Switchsync F236装置，现场实际数据表明，选相分合闸装置可有效抑制操作过电压以及合闸涌流。而以Switchsync F236选相分合闸装置为代表的选相控制技术在特高压工程应用与运维经验较少，实际过程常会出现控制电压波动、功能开关切换错误、反馈回路短接等典型问题。因此介绍选相控制原理和实现方案，给出典型问题的处理建议，对特高压运维人员的精益运检具有重要意义。

1 F236的选相控制原理及实现方案

1.1 控制原理

选相控制技术是通过选相分合闸装置F236控制断路器在电流零点或者电压零点处对负载进行投切。如图1所示，选相分合闸设备以母线电压TV信号作为参考电压信号，将受控侧反馈的电流信号作为完成分合闸的判据以及优化分合闸动作误差的参考，并且额外补偿传感器通过测量变换器可以补偿影响断路器操作时间的某些其他变量。选相控制设备F236接收分合闸信号后，F236根据设定的断路器动作时间和分合闸相位完成程序运算，选择合适的时刻输出受控分合闸信号至断路器分合闸线圈，实现断路器在设定相位投切。

图1 选相控制原理

1.2 控制过程

为清楚介绍F236选相控制过程，以A相电压为参考，将选相分合闸控制的全过程用波形图表示。

无功补偿设备在电压零点投入，可以抑制投入时刻的合闸涌流。若设定目标控制相位Tclstarg为0°，选相合闸原理如图2所示，F236接收合闸信号后，以随后的第一个电压过零点 （T0）为参考起始点。F236等待Tclswait时间后将受控合闸命令输出至断路器合闸线圈。合闸线圈受电后，经过断路器固有合闸时间Tcls断路器触点接触。可知，F236等待时间为

式中：Tclstarg为合闸回路延时；Tpre为预击穿时间；T为参考电压周期；N为周期数。

图2 选相合闸过程

无功补偿设备分闸时，避免电弧重燃产生过电压，通常在电流过零前分闸。负载为无功补偿设备，电压和电流的相位关系确定，因此以电压信号为参考。若目标分闸相位为90°，即目标控制相位Topntarg=T／4，选相分闸过程如图3所示，F236接收分闸信号后，以随后的第一个电压过零点（T0）为参考起始点。F236等待Topnwait时间后将受控分闸命令输出至断路器分闸线圈。分闸线圈受电后，经过断路器固有分闸时间Topn断路器触点接触。可知，F236等待时间为

式中：Topnlag为分闸回路延时，与回路结构有关；Tarcing为分闸过程中电弧持续时间。

图3 选相分闸过程

2 常见问题与处理措施

2.1 控制电压波动

额外补偿传感器的输入可通测量变换器产生控制电压，从而补偿影响断路器操作时间的某些其他变量。某特高压站采用Tillquist变换器VU400L-154，如图4所示。

图4 F236接线回路

VU400L-154使用的电源为交流电源，在回路排查时发现其在保护屏内使用的交流电源来自照明、打印机电源，并非UPS。保护室内保护屏的打印机和照明电源取自同一支路电源，呈环形结构，如果一旦出现照明回路或打印机回路短路，将有可能导致上级电源掉电，从而使VU400L-154失去工作电源，导致控制电压波动。此时若出现由无功补偿装置故障引起的保护装置动作或自动电压控制（Automatic Voltage Control，AVC）自动投切发出的遥控分合命令，则断路器将无法完成精确的选相分合，从而导致合闸涌流和操作过电压产生，造成厂站相应设备寿命缩减。因此其他厂站应用变换器时，注意变换器的工作电源应接至UPS，防止控制电压波动。

2.2 功能切换开关的节点选择

某特高压站无功补偿设备通过F236装置控制高压断路器投切。图5是无功补偿设备的选相控制回路，图中109为分闸信号输入，103为合闸信号输入，分合闸信号由后台监控遥控或测控装置就地控制输出。图中2QK为回路中的功能切换开关，决定是否投入F236装置，节点1—2、5—6闭合时选相控制功能投入，反之节点3—4、7—8闭合时选相控制功能停用。F236投用时，合闸信号输入至B02节点，经过选相控制出口动作后作用于OUT A、OUT B、OUT C，从而控制断路器三相选相合闸；分闸信号输入至B04节点，经过选相控制出口动作后作用于OUT D、OUT E、OUT F，从而控制断路器三相选相分闸。

而在实际运维过程中，节点1—2、5—6闭合，F236工作，三相分合闸将不同步，现场人员可能认为2QK工作在“非同期”位置，从而对设备状态掌握不准，严重者可导致相应操作失误。

图5 选相控制回路

若F236出现故障需要检修，二次设备需要正常运行时，可将2QK切至“非同期”位置，即节点3—4、7—8闭合或者短接2YK9与2YK25端子和2YK12与2YK30端子，让F236与分合闸回路隔离，防止F236检修期间无法分合闸无功补偿设备。

2.3 F236受控侧反馈回路被短接

在现场，F236一般与无功补偿设备的保护装置布置在同一屏柜上，开关处TA变换电流信号，先流入保护装置，再接至F236的反馈回路。

在安装、调试过程中，可能出现反馈回路被短接，电流信号未接至F236，导致F236失去自动调整的功能，造成选相分合闸抑制操作过电压和合闸涌流的水平降低，加速开关触头的损坏，降低开关的服役时间。

3 结语

特高压变电站无功补偿设备对投切开关的可靠性更高，为抑制操作过电压和合闸涌流的水平，延长设备寿命，推荐采用选相分合闸装置控制开关投切。为提升运维人员对选相分合闸装置的理解和应用，介绍选相分合闸装置的基本原理及控制过程，并且给出了变换器采用UPS供电以防止控制电压波动的建议、理清了功能切换开关位置对应的作用，分析了反馈回路被短接的后果。