交流濾波器斷路器操作過電壓防范措施

程錦++桂傳林

摘 要：特高壓直流輸電系統(tǒng)中，交流側(cè)產(chǎn)生12k±1的諧波分量，為限制諧波分量，進(jìn)行無功功率補償，需采用交流濾波器，以保證換流站交流母線電壓的畸變率在允許的范圍內(nèi)。本文以奉賢換流站為例，根據(jù)交流濾波器斷路器結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場配置，提出了交流濾波器斷路器動作時操作過電壓的產(chǎn)生原因，并提出針對性的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：交流濾波器 斷路器 操作過電壓 選相合閘

中圖分類號：TM51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0091-01

交流濾波器斷路器主要采用SF6交流斷路器，由開斷元件、支撐絕緣件、傳動元件、基座及操動機構(gòu)五個基本部分組成。奉賢換流站交流濾波器斷路器采用液壓彈簧儲能機構(gòu)，當(dāng)小組交流濾波器投入時，通過選相合閘裝置下達(dá)命令，以減少投入時對交流電壓產(chǎn)生的短暫波動。

1 操作過電壓過程分析

電力系統(tǒng)中的電容、電感為儲能元件，當(dāng)操作或故障使其工作狀態(tài)發(fā)生變化時，將有過渡過程產(chǎn)生。在過渡過程中，由于電源繼續(xù)供給能量，而且儲存在電感中的磁能會在某一瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)殪o電場能量的形式儲存在系統(tǒng)的電容中，可產(chǎn)生數(shù)倍與電源電壓的操作過電壓，持續(xù)時間幾毫秒到幾十毫秒。電源中性點接地系統(tǒng)開斷中性點不接地的電容器組時，會產(chǎn)生操作過電壓。開關(guān)斷開時的過電壓被稱為瞬變恢復(fù)電壓，其值為1.7～2個電弧熄滅時的斷路器上的電壓瞬間值，會引起電弧重燃。限制操作過電壓的根本方法是提高斷路器的滅弧能力以及降低斷路器觸頭間的恢復(fù)電壓。

2 操作過電壓限制方法

提高斷路器的滅弧能力和分合同期、加裝選相合閘裝置、加裝并聯(lián)電阻、加強外絕緣可有效限制操作過電壓。奉賢換流站內(nèi)的現(xiàn)場改造條件分析如下。

2.1 選相合閘裝置改造

斷路器的合閘時間為斷路器本身的機械特性，較為穩(wěn)定，偏差在±1ms左右。在帶電合閘時，合閘時間還與斷路器內(nèi)部的預(yù)擊穿時間有關(guān)。奉賢換流站內(nèi)交流濾波器場斷路器配備了STITCHSYNC F236選相合閘裝置，如圖1，斜線為合閘過程中SF6絕緣強度下降率。如設(shè)定S點為斷路器理想合閘時刻，由于合閘過程中SF6氣體絕緣強度下降，在a點位置便發(fā)生預(yù)擊穿，此時電壓仍處于高位，再考慮斷路器本身動作特性的離散性，預(yù)擊穿位置還可能早于a點位置發(fā)生，這樣會引起交流電壓的劇烈波動。

考慮到斷路器本身存在±1ms的合閘時間偏差，假設(shè)斷路器目標(biāo)合閘值為S點，當(dāng)出現(xiàn)提前1ms合閘時，實際預(yù)計穿將發(fā)生在S-18°的角度上，在S-a之間的直線中。此時斷口電壓接近高電壓，將使小組濾波器在電壓接近高點充電，對交流電壓的影響將非常大。

如圖2所示，按斷路器合閘動作離散性±1.5 ms計算，當(dāng)在理想位置合閘時，關(guān)合滯后電壓零點相角為約1ms（約18°），合閘時間提前1.5ms時，關(guān)合滯后電壓零點為0.3ms（約5.4°），當(dāng)合閘滯后1.5ms時，關(guān)合滯后電壓零點約1.7ms（約30.6°）。這樣可以保證預(yù)擊穿都發(fā)生在較小電壓值范圍內(nèi)，避免電壓劇烈波動現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 并聯(lián)電阻安裝

奉賢換流站交流斷路器對應(yīng)合閘電阻靜觸頭及其組件裝在合閘電阻瓷套右側(cè)，合閘電阻動觸頭及其組件裝在左側(cè)。合閘電阻動觸頭及滅弧斷口由絕緣拉桿操動。合閘操作時，在滅弧室動觸頭合閘前，合閘電阻動觸頭先合閘，合閘電阻投入時間約半個工頻周期，以降低過電壓。分閘操作時，在滅弧室動觸頭的超行程階段，合閘電阻動觸頭斷開，在分閘操作時合閘電阻不通電。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，合閘電阻只在合閘操作中起到降低過電壓作用，分閘操作中不起作用。根據(jù)設(shè)備情況，奉賢換流站安裝的斷路器可以加裝合閘電阻，但需打開滅弧室進(jìn)行改造，現(xiàn)場不滿足改造條件，需返廠改造?？紤]運輸及改造時間，1臺斷路器改造時間為3個月。

2.3 加強外絕緣

涂刷RTV涂料或加裝硅橡膠防污傘裙套可有效增強設(shè)備外絕緣，且工期較短，交流濾波器輪停期間即滿足工作條件。斷路器操作過電壓可通過多項手段進(jìn)行限制：選相合閘裝置可有效地解決斷路器合閘動作離散性，但設(shè)備本身存在問題，應(yīng)在設(shè)備設(shè)計制造過程中盡量避免；選相合閘裝置自適應(yīng)算法可有效地解決斷路器運行期間分合閘時間變化，應(yīng)在今后加以應(yīng)用；從現(xiàn)場改造條件考慮，噴涂RTV涂料為較為有效的改造方法。

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