林秀萍

摘 要：智能化GIS是由GIS設(shè)備本體、傳感器及智能組件組成的一種高壓設(shè)備。隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能化GIS技術(shù)也取得了新的突破。本文主要介紹了智能化設(shè)備選相分合閘器在菲律賓GNPD項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)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(jí)的GIS斷路器基本為分相操作。系統(tǒng)中的斷路器在關(guān)合和斷開瞬間，系統(tǒng)電壓和電流的初相角通常都是隨機(jī)和不確定的。這不僅對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備本身及維護(hù)不利（影響設(shè)備的絕緣、壽命），還會(huì)影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，誘發(fā)繼電保護(hù)的誤動(dòng)作行為，增加維修作業(yè)量和維護(hù)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(fù)載或斷路器所受的應(yīng)力最小化。

近年來(lái)，客戶越來(lái)越關(guān)注于提高斷路器壽命，消除開合電容器組、并聯(lián)電抗器與電力變壓器時(shí)產(chǎn)生的有害電氣瞬態(tài)過程。該技術(shù)也可用于超高壓輸電線路的充電過程，并代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合閘電阻。下文具體介紹了在菲律賓GNPD項(xiàng)目中，選相分合閘裝置的選型和設(shè)計(jì)過程。

2 選相分合閘裝置在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 工程項(xiàng)目概況

a）項(xiàng)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(wàn)斯市。

c）該項(xiàng)目采用ELK-3 550kV GIS，共有5臺(tái)斷路器，角形接線，其中兩臺(tái)斷路器所帶負(fù)載為電抗器。

d）技術(shù)協(xié)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(guī)格及性能由GIS廠家根據(jù)GIS特性選擇。

2.2 斷路器選相分合閘器的選型原則

從技術(shù)協(xié)議上看，客戶并未對(duì)選相分合閘器的具體規(guī)格要求作出明確定義，需要GIS廠家針對(duì)斷路器自身特性選擇適合的設(shè)備。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的選相分合閘器品種眾多，質(zhì)量良莠不齊，如何選擇合適的設(shè)備，主要考慮如下兩點(diǎn)：

（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(yōu)分合閘性能與狀態(tài)監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)的斷路器庫(kù)。而最關(guān)鍵的參數(shù)是斷路器的機(jī)械穩(wěn)定性（即合閘時(shí)間的穩(wěn)定性）和絕緣特性的分散性（即預(yù)擊穿時(shí)間的分散性）。ELK-3 550kV斷路器的機(jī)械穩(wěn)定性滿足每次合閘時(shí)間偏差在±1ms以內(nèi)，RDDS值為160kV/ms，通過數(shù)據(jù)比對(duì)，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(shè)計(jì)，能夠控制斷路器每相在考慮負(fù)荷、斷路器或電能質(zhì)量的最佳位置開斷或/和關(guān)合。此控制器可補(bǔ)償由于溫度、控制高壓、閑置時(shí)間、驅(qū)動(dòng)能量以及斷路器機(jī)械性能的漂移而產(chǎn)生的變化。同時(shí)可通過就地人機(jī)界面（HMI）直接訪問設(shè)置和操作數(shù)據(jù)，并可通過網(wǎng)頁(yè)界面支持網(wǎng)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(duì)PWC600的功能和操作特性表示滿意。

（2）負(fù)載應(yīng)用。PWC600主要的負(fù)載應(yīng)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(xiàng)目。 PWC600針對(duì)并聯(lián)電抗器的負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)控制斷電，確保電流中斷后不會(huì)出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象，此外，受控通電還有助于降低各相中充電電流的不對(duì)稱性，從而減少保護(hù)繼電器的誤動(dòng)作。

最終我們選擇了PWC600作為本項(xiàng)目的選相分合閘裝置，并得到了客戶的認(rèn)可。

2.3 選相分合閘器的自適應(yīng)校正及參數(shù)補(bǔ)償功能

特定參數(shù)可能會(huì)改變斷路器的操作時(shí)間（開合時(shí)間），例如時(shí)間（年限）、溫度、自上次操作以來(lái)的靜置時(shí)間以及直流控制電壓。為了優(yōu)化此類變化中的選相分合閘性能，PWC600 提供了兩種功能：參數(shù)補(bǔ)償和自適應(yīng)校正。通過這兩項(xiàng)功能，可以優(yōu)化斷路器在進(jìn)行選相合閘操作時(shí)的合閘目標(biāo)。

PWC600 IED 帶有能夠補(bǔ)償外部和內(nèi)部參數(shù)影響的裝置，這些參數(shù)包括直流控制電壓、靜置時(shí)間、溫度、驅(qū)動(dòng)器壓力、彈簧儲(chǔ)能以及其他用戶自定義參數(shù)。如環(huán)境溫度可能低于0℃時(shí)， 可加裝Pt100傳感器去測(cè)量環(huán)境溫度，再通過RIO600模塊將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇WC600裝置，可以實(shí)現(xiàn)由于環(huán)境溫度對(duì)分合閘時(shí)間影響的補(bǔ)償。考慮到該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的溫度環(huán)境很少會(huì)低于0℃，本次項(xiàng)目沒有安裝溫度傳感器和RIO600，但在設(shè)計(jì)中，預(yù)留了接口端子，以備后期需要可直接增補(bǔ)。

另外通過以往的測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，ELK-3 550kV斷路器在靜置一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)不同程度的合閘時(shí)間的增加，靜置時(shí)間越長(zhǎng)，增加的時(shí)間越大，因此很難通過PWC600自身的補(bǔ)償功能來(lái)有效的補(bǔ)償。ABB通過研究發(fā)現(xiàn)，在ELK-3 550kV斷路器在靜置一段時(shí)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(shí)間對(duì)斷路器分合閘時(shí)間的影響。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)文件中，建議客戶在每次選相分合閘操作前應(yīng)對(duì)斷路器進(jìn)行3次分合閘的空載操作。

2.4 選相分合閘器的自適應(yīng)校正原則

收到開合命令后，PWC600將根據(jù)參考電壓或者參考電流信號(hào)計(jì)算最佳開合目標(biāo)相角。這些計(jì)算基于要開合的負(fù)載、連接和設(shè)計(jì)配置、考慮了開合負(fù)載的操作時(shí)間變量以及外部參數(shù)變量。完成選相合閘操作后，PWC600 會(huì)在開合操作實(shí)際發(fā)生時(shí)獲取瞬態(tài)數(shù)據(jù)。為此，它將分析一次模擬信號(hào)（負(fù)載電流、負(fù)載電壓）以及來(lái)自斷路器機(jī)構(gòu)的輔助開關(guān)觸頭的二進(jìn)制信號(hào)時(shí)序。然后再比較實(shí)際開合瞬態(tài)與目標(biāo)瞬態(tài)。二者之差的分?jǐn)?shù)（β 因數(shù)）將用作校正值，用于更新下一次受控開合操作的預(yù)計(jì)斷路器操作時(shí)間。此過程被稱作“自適應(yīng)校正”；作用是補(bǔ)償斷路器操作特性隨著時(shí)間的推移而發(fā)生的系統(tǒng)性變化。

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，將負(fù)載電流（3相）輸入PWC600作為自適應(yīng)校正、復(fù)燃監(jiān)測(cè)的信號(hào)來(lái)源。同時(shí)為了確?？煽浚x擇斷路器輔助開關(guān)觸頭的合閘時(shí)間來(lái)自適應(yīng)地校正機(jī)械合閘時(shí)間。 當(dāng)斷路器輔助觸點(diǎn)信號(hào)輸入PWC600時(shí)，為了降低線路電容，我們給輔助觸點(diǎn)并聯(lián)了一個(gè)100千歐，0.5W的電阻。

2.5 選相分合閘器的分合閘策略

并聯(lián)電抗器的通電可能引起完全不對(duì)稱的相電流，從而可能對(duì)電抗器繞組施加過大的電磁應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)繼電器出現(xiàn)誤操作。通過能夠確保每相中電抗器電流對(duì)稱的方式將每一相通電，可以避免上述情況。本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，受控分合閘參考均優(yōu)先采用源電壓，將三相源電壓接入PWC600。

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

輸入所有相關(guān)數(shù)據(jù)后，可得出合閘操作時(shí)的目標(biāo)定義如下圖2：

在電抗器的斷電期間，TRV會(huì)急速升高，很有可能導(dǎo)致復(fù)燃。在電流斷續(xù)時(shí)，可通過在斷路器觸頭兩端產(chǎn)生足夠介電強(qiáng)度來(lái)最大程度降低這種可能性。這可通過控制機(jī)械觸頭分離瞬態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保將燃弧時(shí)間控制在斷路器無(wú)復(fù)燃窗口（在形式測(cè)試中確定）內(nèi)，或者如果沒有該無(wú)復(fù)燃窗口，將燃弧時(shí)間控制在能夠使復(fù)燃影響最小的范圍內(nèi)。在選擇每一相的目標(biāo)瞬態(tài)時(shí)，我們考慮了鐵芯的結(jié)構(gòu)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(shí)的目標(biāo)定義。

2.6 計(jì)算斷路器磨損

在新設(shè)備狀態(tài)下，斷路器具有額定的機(jī)械操作次數(shù)，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(shù)。在這兩個(gè)極限值之間，每次分閘操作時(shí)產(chǎn)生的斷續(xù)電流都會(huì)分別對(duì)觸頭和噴口造成一定程度的侵蝕和燒蝕。最終導(dǎo)致斷路器無(wú)法可靠地切斷電流。在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，PWC600按照中斷特定電流后斷路器失去的等效機(jī)械操作次數(shù)計(jì)算斷路器磨損。

最終，我們將編程文件及相關(guān)的分合閘策略計(jì)算結(jié)果提交客戶，得到了客戶的肯定。

3 結(jié)論

通過菲律賓GNPD項(xiàng)目選相分合閘器的設(shè)計(jì)，我對(duì)PWC600的應(yīng)用及原理設(shè)計(jì)更進(jìn)了一步，對(duì)智能化GIS的技術(shù)也有了更深一層的了解和掌握。相信在不久的將來(lái)，會(huì)有越來(lái)越多功能先進(jìn)齊全的智能化技術(shù)應(yīng)用于GIS。

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