kV固定串聯(lián)補償裝置技術(shù)特點

500kV固定串聯(lián)補償裝置技術(shù)特點分析摘要：分析了500kV固定串聯(lián)補償裝置的技術(shù)特點。就串聯(lián)電容器的結(jié)構(gòu)、MOV能量吸收能力的確定和放電間隙的配置提出了改進意見。

關(guān)鍵字：500kV串聯(lián)補償技術(shù)特點分析

1前言高壓輸電系統(tǒng)使用串聯(lián)補償裝置能夠有效地降低輸電系統(tǒng)間的電抗值，提高輸電能力和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，降低輸電系統(tǒng)工程造價。自1950年第一套220kV串聯(lián)補償裝置在瑞典投入運行以來，高壓串聯(lián)補償裝置在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界運行的高壓串聯(lián)補償裝置總?cè)萘恳堰_到80Gvar，電壓等級從220kV發(fā)展到750kV。我國分別在1966年和1972年投入使用了第一套220kV和第一套330kV串聯(lián)補償裝置，其中330kV串聯(lián)補償裝置的技術(shù)水平當(dāng)時在世界上還有一定的先進之處。后來隨著電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加強和電網(wǎng)運行方式的改變，這些串聯(lián)補償裝置相繼退出運行，此后在長達20多年的時間里，高壓串聯(lián)補償裝置在我國出現(xiàn)了空白。2000年，借助于陽城—淮安500kV輸電系統(tǒng)的建設(shè)，國內(nèi)首次在徐州500kV三堡開關(guān)站使用了二套500kV固定串聯(lián)補償裝置，這二套500kV串聯(lián)補償裝置已于2000年11月30日投入試運行。本文就這二套500kV固定串聯(lián)補償裝置的技術(shù)特點進行簡要介紹分析。

2陽城—淮安500kV輸電系統(tǒng)簡介陽城發(fā)電廠坐落在山西陽城境內(nèi)，一期工程安裝6臺350MW火力發(fā)電機組，總發(fā)電裝機容量2100MW，由美國AES公司和江蘇、山西有關(guān)單位共同投資建設(shè)。電廠所發(fā)電量通過500kV輸電線路全部輸送至江蘇使用。500kV輸電系統(tǒng)接線圖見圖1。

由陽城發(fā)電廠至淮安上河變電站之間輸電距離長達744km，沿途設(shè)置了東明和三堡二座500kV開關(guān)站以分割線路（500kV任莊變電站在此之前已經(jīng)建成投運），整個500kV輸電系統(tǒng)采用3—2—3接線方式。即陽城電廠至東明開關(guān)站之間架設(shè)三回500kV線路，其中兩回為同塔雙回路架設(shè)；東明開關(guān)站至三堡開關(guān)站之間架設(shè)兩回500kV線路，采用同塔雙回路架設(shè)。三堡開關(guān)站至上河變電站架設(shè)三回500kV線路。根據(jù)潮流及穩(wěn)定計算結(jié)果得知：如果在N－1條件下要保證陽城電廠不降低發(fā)電出力，就必須全線架設(shè)三回500kV線路。為降低工程造價，因此決定在東明開關(guān)站至三堡開關(guān)站之間的兩回500kV線路上三堡開關(guān)站側(cè)安裝兩組500kV串聯(lián)補償裝置。3三堡500kV串聯(lián)補償裝置簡介

目前世界上運行的串聯(lián)補償裝置分為固定串補（FSC）和可控串補（TCSC或CSC）兩種，其中可控串補真正投入運行的只有兩家（美國的230kVKayenta變電站和500kVSlatt變電站），其技術(shù)復(fù)雜性和投資均較高，而固定串補投資較低且有近50年的豐富運行定串補。通過國際招標(biāo)，由西門子公司中標(biāo)成套供貨，其中旁路斷路器及隔離開關(guān)、控制保護裝置由西門子公司自己制造，旁路間隙和阻尼裝置由諾基亞公司制造，串聯(lián)電容器由Cooper公司制造。串補裝置電氣接線圖見圖2。串補裝置技術(shù)參數(shù)見表1（兩套串補裝置參數(shù)完全相同，只列出一套的參數(shù)）：4串補裝置技術(shù)特點分析

三堡開關(guān)站500kV串補裝置主要由串聯(lián)電容器組、非線性電阻（MOV）、放電間隙、阻尼裝置、旁路斷路器、繼電保護裝置六大部分組成，裝置采用分相布置，除旁路斷路器和隔離開關(guān)設(shè)備以外，其它設(shè)備均分別安裝在三個絕緣平臺上?，F(xiàn)分別分析各組成部分的技術(shù)特點。

4．1串聯(lián)電容器組

串聯(lián)電容器采用Cooper公司產(chǎn)品，每相串聯(lián)電容器組由320臺單元串聯(lián)電容器（40并8串）組成，這320臺單元串聯(lián)電容器又分成4個接線臂，電氣上接成H型接線方式（見圖2）。每個接線臂上有80臺單元串聯(lián)電容器，接線為20并4串，先并后串。每20臺并聯(lián)的單元串聯(lián)電容器預(yù)先在制造廠集中安裝在一個金屬框架內(nèi)，整體運輸?shù)桨惭b現(xiàn)場，安裝工作非常簡便。金屬框架內(nèi)的單元串聯(lián)電容器分成兩列并排布置，每列10臺，兩列之間排列方式為尾對尾。四個金屬框架之間上下疊裝，其中第二和第四個金屬框架下部安裝有陶瓷支持絕緣子。單元串聯(lián)電容器技術(shù)參數(shù)見表2。串聯(lián)電容器的熔絲配置方式有內(nèi)熔絲和外熔絲兩種。外熔絲方式的優(yōu)點是不存在保護死區(qū)，熔絲熔斷后運行人員能方便的發(fā)現(xiàn)故障電容器：缺點是單元串聯(lián)電容器內(nèi)部元件損壞會造成整臺單元串聯(lián)電容器退出運行，安裝尺寸較大。內(nèi)熔絲方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，安裝尺寸較小，少量內(nèi)部元件損壞由內(nèi)熔絲動作切除，不會造成整臺單元串聯(lián)電容器退出運行；缺點是存在保護死區(qū)，當(dāng)出線套管閃絡(luò)或內(nèi)部引出線對殼擊穿時會造成串聯(lián)電容器短路故障，此時內(nèi)熔絲又無法動作。此外，不平衡保護動作后查尋故障電容器的工作量很大，需要對320臺單元串聯(lián)電容器逐臺進行檢查，對于對稱性單元電容器故障，不平衡保護無法正確動作，只有通過每年測試每臺單元串聯(lián)電容器的電容量才能發(fā)現(xiàn)問題以消除隱患。本次串補招標(biāo)技術(shù)要求中明確提出單元串聯(lián)電容器最好采用雙套管結(jié)構(gòu)，熔絲配置方式由制造商推薦（技千術(shù)豈要辰求幣中白對蓄兩冊種影熔射絲球安劫裝暑方肚式合均詠提丙出跡了顏詳態(tài)細(xì)網(wǎng)要掏求唇）摸。烈運煎行宰單登位鈴提走出記采壟用閘雙撿套飽管在加癢外梁熔偶絲甩結(jié)醒構(gòu)島，寶但隱不徑知洗何轎故廚此眠意壟見堂未宏被科采斜納校。恨制至造愁商藏作騎出江的濕解侍釋佳是金：隊根嬸據(jù)脅經(jīng)尺驗趨數(shù)距據(jù)揉串毯聯(lián)咸古電旋容把器餡元商件耽3悄0編年排（辯設(shè)核計怎壽法命件）艘的帶總濫故撓障施概炸率架為僅2廣％離，看每母相奴電財容座器棄組幸3沉0植年濾損辭壞費的燥元仆件攔數(shù)勝量完為添3跪3念2夕．鑒8冰個睡（剖2夢％勿×少3刊2原0詠×霉4沉×壩1援3玉）四，聰平套均綁分?jǐn)∨鋺]到巖單框元互串鉗聯(lián)嚇電蕉容星核器扣上榨，躁每改個搬單你元產(chǎn)串如聯(lián)羽電勞容富器菌只毀會吐有響1榴．休0奪4臂個喝元叢件澤損寬壞暖。接計碎及存故易障丙元謙件賺的遙隨欲機蔬分商布謝，督因拼此齒不綢會樓發(fā)決生呢單帳元終串勻聯(lián)面電便容慢器頭整茶臺古故寒障她的洋問藍題緒。碗這情一弄解五釋介也舍被耕部哈分刪國清內(nèi)肯人資員居所王接特紀(jì)受道。士作臟者腸認(rèn)建為斷，貫單龍?zhí)籽庸軉渭用?nèi)沿熔沾絲伙結(jié)背構(gòu)遲的征單返元腹串心聯(lián)賀電顧容礙器程存狼在陪的各最貼大恢問浪題賣是盈：蓄一趴旦寸發(fā)冤生憤出醫(yī)線太套隱管銷閃綠絡(luò)候或嘉內(nèi)農(nóng)部導(dǎo)引乒出按線芳對愈殼診擊堪穿挨就省會捷造渴成懇串鴉聯(lián)膽電挪容俘器堅極慌間落短奉路羞。唉一耕臺乘單梯元安串通比聯(lián)點電首容還器始極渾間庫短邁路執(zhí)后娛，腳在貨串幫補浸裝戲置面滿什負(fù)秘荷圖運犬行誓（隊2蒼3茄6工0氏A揮）削情柜況應(yīng)下托，瞎通徹過麻故錄障蔥單端元銜串甚聯(lián)見電復(fù)容該器膽的象負(fù)都荷割電善流騎達對到慢1謝3癢4涉9枯A泡，榮加串上厘其稿它蛾健捐康攪單繞元膠串炊聯(lián)局電貢容近器襯的拔高爐頻稠放斬刃電咳電者流怨，貴要晶求僵單僚元開串曠聯(lián)糧電墻容姜器秀的嘩外魔殼割耐犯爆或容錢量喊至憶少磨應(yīng)剪大王于馳1委8帽k敢J椅。詠如渡外密殼何耐靜爆漆容淚量良不壟能帽滿匪足通要脆求宿，張則酒串鉛聯(lián)劇叉開電她容繼器步極病間鉗短鼻路肅后猜極鋤易脾造眠成洪故哭障濤單籍元階串駱聯(lián)而電貌容信器豐外片殼散荷爆曠裂爐起懶火閘，省燒痛毀友臨慰近林的忠設(shè)駝備忠。少這表種飽情慌況掛在姑我茅國鞏引受進筑的葉S敵V朱C擱裝螞置病中站已尚經(jīng)金發(fā)漿生毛過卵好題幾三起款（蓬如乒廣此東撐江懶門奇、堆武你漢剛鳳燕凰化山援等趕變鼓電券站能，答每擺次如均沫燒滲毀作上愛百潮臺贊電醉容球器仍）檢，獨上丈述昂燒似毀泊的窮羨S勺V漂C否裝廣置峽中咐的怕電閘容挪器秘結(jié)轎構(gòu)瓦均屈為茂歐退洲庫制驢造似的負(fù)內(nèi)網(wǎng)熔霞絲剛加愁單坑套明管合產(chǎn)健品珠。侍事看故脹發(fā)血生催后猴采口取嶺的百反貿(mào)事趕故顆措怖施稱都扛是蒸采各用見國壇產(chǎn)拔雙卡套貨管嫂加除外捆熔衣絲浮電衛(wèi)容改器供進叛行憶更棄換裝，之至栽今畏運提行古情漿況燒良艙好浮，傷袋這淡一直點資非殺常江值逐得鋸借扭鑒譽。

狗4肺．巴2槐腐非踩線樹性潤電辮阻硬（陶M沒O調(diào)V淘）

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由于MOV的總能量吸收能力很大，因此其投資在串補裝置總造價中占較大的比例。造成MOV的總能量吸收能力很大的原因是中方提供的故障持續(xù)時間過長，考慮了兩套線路主保護全部拒動和斷路器拒動等多種因素。實際上500kV線路從保護到電源均采取雙重化配置，斷路器的分閘線圈也采取雙重化配置，各種拒動因素同時出現(xiàn)的概率非常之小，如果只考慮斷路器拒動的因素則故障持續(xù)時間可縮短為350ms，MOV的總能量吸收能力可以顯著降低從而降低設(shè)備造價。西門子公司在投標(biāo)文件中建議將故障持續(xù)時間確定為250ms（考慮兩套主保護拒動），則MOV的總能量吸收能力可以降低到30MJ，節(jié)省投資325萬元。安全固然重要，但必須與投資進行綜合考慮。

4．3旁路間隙

為防止MOV在內(nèi)部故障期間因吸收能量過大而損壞，設(shè)置了旁路間隙，在預(yù)定的條件下旁路間隙觸發(fā)燃弧將MOV短接。旁路間隙結(jié)構(gòu)由上下兩個箱體組成，上部箱體中安裝一個主間隙和兩個電容器，下部箱體中安裝一個主間隙、兩個電容器、精密間隙、觸發(fā)變壓器和觸發(fā)點火間隙，電氣接線見圖3。

1-主間隙2-阻尼電阻3-精密間隙

4-觸發(fā)變壓器5-觸發(fā)點火間隙

6-C1-C4電容分壓器

旁路間隙動作過程如下：

保護系統(tǒng)檢測到MOV運行異常后發(fā)出高壓點火脈沖，觸發(fā)點火間隙擊穿燃??；電容分壓器中的電容器C1通過阻尼電阻R放電，放電電流通過觸發(fā)變壓器的一次線圈造成精密間隙擊穿燃??；同樣，電容分壓器中的電容器C2通過阻尼電阻R放電，C1和C2放電后，由于C3和C4所分擔(dān)電壓升高造成上部主間隙擊穿燃??；上部主間隙擊穿燃弧后C3和C4通過主間隙放電，進一步造成C1和C2上分擔(dān)電壓升高造成下部主間隙擊穿燃弧，至此整個旁路間隙連接起來。

4．4阻尼裝置

旁路間隙或旁路斷路器動作后，串聯(lián)電容器組將對其放電。放電電流為高頻高幅值振蕩電流，對旁路間隙或旁路斷路器的安全運行威脅很大，必須配置阻尼裝置抑制放電電流，使放電電流的第二個幅值降低到第一個幅值的50％以下。阻尼裝置由阻尼電抗器、阻尼電阻和石墨火花間隙組成，電氣接線見圖2。阻尼電抗器采用干式空芯電抗器，電感值為0．4mH。為降低阻尼電阻的熱容量，采用石墨火花間隙與阻尼電阻串聯(lián)連接。串聯(lián)電容器組放電時石墨火花間隙擊穿將阻尼電阻投入運行；放電結(jié)束后，石墨火花間隙熄弧將阻尼電阻退出運行，線路故障電流只通過阻尼電抗器。阻尼電阻由5個并聯(lián)連接的電阻元件組成，采用非磁性不銹鋼帶制做，電阻值為3Ω，最大熱容量為7MJ，最大放電電流63．5kA。

4．5旁路斷路器

旁路斷路器用于投切串聯(lián)電容器組和保護MOV及旁路間隙。由于它不開斷故障電流而且安裝在對地絕緣的支柱上，因此技術(shù)要求不高。采用了西門子公司的3AQ2－EI型產(chǎn)品，額定電壓為245kV，合閘時間為52±3ms。

4．6繼電保護

為保護串補裝置安全運行，采用雙重化配置方案共配置了6套繼電保護裝置（按動作原理劃分實際為3套）。對于這些繼電保護裝置本文不作過多分析，僅重點介紹分析其互感器和信號傳輸部分。

4．6．1電流互感器

每相串補裝置配置8臺電流互感器，布置情況見圖2。這8臺電流互感器有6臺采用穿心式電流互感器，1臺采用支柱式電流互感器，1臺采用套管式電流互感器。每臺電流互感器均有兩個鐵芯和兩個二次線圈，按照其用途不同，參數(shù)配置也不相同，詳見表4。從上表中可以看出：電容器不平衡保護所采用的電流互感器一次側(cè)額定電流很小。這是因為正常及個別電容器元件損壞的情況下，通過電流互感器一次側(cè)的電流很小，根據(jù)計算結(jié)果，某一單元電容器內(nèi)有6個元件損壞時通過電流互感器一次側(cè)的電流只有1．31A，而此時與故障元件并聯(lián)的正常元件承受的過電壓系數(shù)已經(jīng)達到1．54，要求保護動作跳閘。所以該電流互感器一次側(cè)額定電流只能很小以保證保護裝置正確動作。當(dāng)發(fā)生單元電容器極間故障時通過電流互感器一次側(cè)的電流很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電流，此時電流互感器極易損壞造成保護拒動，因此必須在其二次側(cè)配置保護裝置如空氣間隙、非線性電阻等。電容器不平衡保護所采用的電流互感器通過故障電流時發(fā)生爆炸損壞的事故已發(fā)生過幾起，對此問題必須引起足夠的重視。

4．6．2信號傳輸

串補裝置配置的電流互感器與常規(guī)電流互感器的不同之處在于：由于其安裝在對地絕緣的平臺上，因此其二次側(cè)電流信號不能直接傳輸給安裝在地面上的控制保護裝置。所以串補裝置配置的電流互感器其二次側(cè)均有并聯(lián)電阻器，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再通過光電傳感器將電壓信號轉(zhuǎn)換為光信號（波長為850nm）通過光柱輸送到地面上的光接收器，接收器收到的光信號后采用數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸送給保護控制裝置。平臺上的光電傳感器工作所需要的能量由地面上的激光發(fā)生器通過光柱輸送。并聯(lián)電阻器和光電傳感器安裝在平臺上的光柱端子箱內(nèi)，在光電傳感器兩側(cè)配置了非線性電阻器用以保護光電傳感器免受過電壓損壞。

5串補裝置存在的問題

西門子公司提供的兩組500kV串補裝置，其一次設(shè)備質(zhì)量較好，現(xiàn)場安裝發(fā)現(xiàn)問題很少。主要問題有：兩臺串聯(lián)電容器存在滲油現(xiàn)象（占總臺數(shù)的0．1％），12臺MOV的硅橡膠裙由于運輸原因存在不同程度的破損。但其保護與控制裝置存在問題較多，主要有：間隙觸發(fā)裝置的觸發(fā)盒監(jiān)視不正常，造成一次誤合串補裝置旁路開關(guān)，后來在現(xiàn)場處理觸發(fā)盒問題時又造成