陆洪建; 黄欣
【期刊名称】《《宁夏电力》》 【年(卷),期】2019(000)004 【总页数】6页(P48-52,56)
【关键词】选相合闸; 过零点; 断路器; 交流滤波器 【作 者】陆洪建; 黄欣
【作者单位】国网宁夏电力有限公司检修公司 宁夏 银川750011 【正文语种】中 文 【中图分类】TM48
±660 kV银川东换流站是西电东送战略中重要的直流输电工程[1-2]，该工程交流滤波器采用RPH2型断路器选相合闸装置，设置选相合闸装置的目的是通过分相控制断路器开关，使滤波器均在交流电压过零点附近合闸，以降低交流滤波器电容器受到的电压冲击[3]。从银川东换流站交流滤波器选相合闸装置机理及无法在过零点合闸的原因出发，分析了目前银川东换流站选相合闸装置存在的主要问题，并提出了解决方案，为相同型号或类似选相合闸装置现场调试工作[4]提供借鉴。 1 选相合闸问题分析 1.1 选相合闸装置的工作原理
由于换流站配置的交流滤波器需要频繁投切，所以一般换流站的交流滤波器开关会
配置选相合闸装置，通过选相合闸装置让断路器A、B、C三相在理想电压处合闸，以保证合闸时对设备冲击最小。±660 kV银川东站所有交流滤波器小组断路器均配置有选相合闸装置，14小组交流滤波器均为阿海珐公司的断路器，配有RPH2型选相合闸装置，图1为装置的接线。 图1 选相合闸装置接线
银川东换流站选相合闸装置在工作中，需要将断路器合闸时间(一般通过5次以上断路器合闸试验进行测定，并求平均值)和辅助接点闭合延时(主触头闭合开始到断路器辅助接点闭合的时间，也是通过实验测定)整定到装置中，以补偿断路器本体机构特性不一致问题。选相合闸装置同时采集断路器辅助接点闭合时间(从装置发送合闸命令到断路器辅助接点闭合开入选相合闸装置)，如果采集的断路器辅助接点闭合时间-(断路器合闸时间+断路器辅助接点动作延时)>10 ms，开关仍然会合上，但会报出合闸失败的报警。
选相合闸装置的控制器接到合断路器的指令后，选择合适的时间将合闸信号送到断路器本体，断路器合闸线圈励磁后，断路器在电压过零时合闸成功，以保证合闸暂态时间最短[5]。
该技术的控制理念决定了其应用需满足2个前提条件： (1)断路器解除三相联锁功能；
(2)断路器机构的动作离散性满足精度要求。
RPH2断路器选相合闸装置实时采集交流滤波器母线单相相电压互感器电压，随机接收来自于测控的三相合闸命令。装置在接收到合闸命令后判断出电压过零点，然后经过一定延时后( 此延时综合考虑开关的合闸时间，二次回路延时及考虑预击穿后的延时等) 发出合闸命令，使得最终开关触头在指定的过零点处合闸，使得合闸所引起的暂态过电流最小[6-7]，如图 2所示。其中，1为合闸命令时刻，2为合闸后第1个过零点时刻，3为电气合闸时刻即预击穿瞬间，4为机械合闸时刻即触
头完全闭合。
图2 选相合闸装置控制断路器合闸过程
装置配置了自适应补偿功能，如回路电压补偿、机构环境温度补偿和静置时间补偿，以上参数由厂家提供或现场实际试验获得，但由于现场环境、断路器本身机械特性易于改变等因素影响，该功能并未投入使用。 1.2 选相合闸过程
以±660 kV银川东直流输电工程银川东换流站 330 kV交流滤波器3611开关其中一次合闸波形为例，A相合闸时刻滞后电压过零点2.8 ms，B相合闸时刻滞后电压过零点2.3 ms, C相合闸时刻滞后电压过零点0.3 ms。A、B相合闸效果均不理想。为排除偶然情况造成的合闸失败，以该相过零点为参考点，随机抽取3611、3612断路器5次合闸波形，进行统计，见表1。
表1 断路器偏离过零点时间统计次数3611偏离过零点时间/ms3612偏离过零点时间/msA相B相C相A相B相C相
12.82.30.32.32.32.320.82.62.02.52.22.732.32.72.42.10.32.542.52.12.32.22.52.552.62.22.32.22.72.1
按照选相合闸要求，偏离过零点1 ms以上，即为效果不理想。根据表1统计可以看出，3611、3612断路器，合闸不理想次数约为90%，该问题已经严重影响了滤波器的正常运行，存在部分无法精确在电压过零点合闸问题。 1.3 选相合闸装置存在问题分析
银川东换流站3611、3612断路器已无法准确在电压过零点进行合闸，且该问题普遍存在于SC型交流滤波器断路器。主要有以下原因： (1)人工整定存在误差。
银川东换流站选相合闸装置在投运前，需要将断路器合闸时间和辅助接点闭合延时(主触头闭合开始到断路器辅助接点闭合的时间，也是通过实验测定)整定到装置中，
以补偿断路器本体机构特性不一致问题。但由于该时间参数为人为设定，存在一定误差，主要表现在以下几个方面：(a)合闸时间、辅助接点闭合延时测量存在一定难度，目前仅能通过故障录波进行估算；(b)现场人工整定计算数据样本小，且未进行现场验证，仅凭理论、测量计算后整定至装置中；(c)整定到装置后未进行持续现场跟踪验证。
(2)动作频繁使断路器机械特性发生改变[3]。
选相合闸装置动作时间单纯依靠人员在断路器投运时进行合闸时间测试后进行整定，断路器机械结构随着运行时间增加，机械特性发生变化，之前整定的断路器合闸时间、辅助接点延时等参数均发生变化，存在部分断路器已无法精确的在电压过零点合闸问题。D型SC开关由于每天都频繁投切，机械特性变化更大，合闸时间等参数也随之发生大的变化，与投运时整定的合闸时间相差较大，已无法在电压过零点合闸。其他A型、B型、C型滤波器动作次数较少，在电压过零点合闸情况较好。 (3)自适应补偿功能效果差。
装置因自适应补偿功能效果差未投入回路电压补偿、机构环境温度补偿和静置时间补偿等功能，也未采集断路器电流等参数，无法根据现场运行环境及设备特性变化作出相应调整，导致运行年限增加时装置未能适时变化。 2 解决方案 2.1 提出解决方案
通过分析选相合闸装置存在的问题，要避免选相合闸装置不能在装置过零点合闸，就要从设备一次、二次等各个环节对其进行改善，基于此，提出以下3种解决方案。
(1)方案一，更换机械特性更好的交流滤波器断路器。
通过更换交流滤波器断路器，使新滤波器机械特性与目前选相合闸装置内部整定一致，仅更换断路器就可达到今后装置在过零点合闸的目的。
(2)方案二，更换选相合闸装置。
装置目前工作模式下需手动输入电气合闸时间、二次回路延时(包括预计穿时间)，这些参数固定不变，但机械特性随着断路器动作次数增加而逐渐改变。如果希望选相合闸装置能够长时间理想合闸，可选择智能选相合闸装置，装置可根据一次机械特性的改变调整选相合闸装置中各类整定时间，达到自适应目的，可在一定程度上避免由于机械特性改变导致装置参数不随其改变的现状。 (3)方案三，定期对选相合闸装置参数进行重新整定。
通过分析可知，目前装置无法在过零点合闸主要原因为断路器一次侧机械特性改变，但装置内部时间参数并未改变。针对该种情况，可以选择对装置进行定期整定的方案来解决：对D型滤波器每年进行电气合闸时间和辅助接点延时测量试验，可分组进行，每次进行5组试验，再求其平均值；对选相合闸装置中的断路器电气合闸时间和辅助接点延时进行重新整定，即可保证选相合闸装置在过零点合闸。由于A型、B型、C型滤波器投切次数较少，且目前换流站(以银川东为例)超过半数可以正常在过零点合闸，故建议增长测量时间，每3年做1次合闸时间和辅助接点延时测量试验，试验方式如D型滤波器试验方式；如果现场运行情况劣化严重，可适当减少测量周期，可有效缓解这3类滤波器非过零点合闸问题。此外，装置自适应补偿功能经过长期大量现场验证(仅指银川东站)，不具备投入条件，且投入后对合闸时间、辅助接点延时均有补偿作用，会造成参数设定后效果紊乱现象，故下述方案中不提及自适应功能。 2.2 方案对比分析
以上3种解决方法，均能在一定程度上保证交流滤波器断路器在过零点附近合闸，但在具体的实现方式上有所不同：
对于方案一，更换一次侧断路器最简单直接，虽能解决问题，但断路器设备造价高，且动作频繁，即便更换新断路器，运行几年后依然出现机械特性改变等情况，无法
从根本上解决该问题。
对于方案二，更换选相合闸装置，使装置通过自适应功能自动调整参数，达到解决现场滤波器合闸问题。该方法理论上虽然可行，但借鉴其它换流站经验，自适应功能与现场实际运行情况有一定差距，无法达到理论工况，效果不理想，且对所有交流滤波器选相合闸装置进行更换费用昂贵，方案不具有可行性。
对于方案三，此方案不需对现场设备做改动，只是在选相合闸装置中对电气合闸时间、二次回路延时等参数进行调整，表2为退出断路器选相合闸自适应模式时进行合闸操做的时间统计。初始整定三相电气合闸时间均为 42 ms(与出厂设备固有参数值相同)，二次回路延时12 ms(包括预击穿时间)。
试验每3次为1组，共进行5次，试验结果如表2所示。将A、B、C三相平均电气合闸时间46.54、41.58、43.65 ms及二次回路延时11.94、12.49、11.60 ms整定至装置中，进行合闸测试，并对各相距零点测试结果见表3。
根据结果可以看出，通过重新整定，A、C相合闸情况较好，且趋于稳定，B相一定程度提前发生了预击穿，结合波形进行分析，B相合闸时电流相对较低，装置判定合闸完成的判据为回采电流超过阈值，故装置得到的合闸时间会比实际电气合闸时间略长，因此应通过增加预击穿延时来补偿。
表2 断路器各相电气合闸点距离电压过零点时间统计次数现场测量实际时间/ms装置整定时间/msA相B相C相A相B相C相电气合闸时间二次回路延时电气合闸时间二次回路延时电气合闸时间二次回路延时电气合闸时间二次回路延时电气合闸时间二次回路延时电气合闸时间二次回路延时
146.311.841.612.543.311.8421242124212246.211.941.812.643.811.2421242124212346.812.141.512.343.511.5421242124212
表3 断路器各相电气合闸点距离电压过零点时间统计次数A相距过零点时间/msB相距过零点时间/msC相距过零点时间/ms10.3-0.90.202-0.2-0.80.330.1-0.2-
0.240.6-0.9-0.150.4-1.10.3
二次回路延时通过 计算,其中tN为第N组测试结果偏离过零点时间，将B相数据带入得到ΔT=0.78(ms)，优化后进行了5次测试，测试结果见表4。
表4 断路器各相电气合闸点距离电压过零点时间统计次数A相距过零点时间/msB相距过零点时间/msC相距过零点时间/ms10.20.10.320.1-0.50.13-0.10.3-0.24-0.20.9-0.250.21.50.4
根据试验结果，5次合闸操作均成功躲过过零点前预击穿导致合闸时间突然变小的情况，除个别次数存在预击穿现象，总体合闸情况较好。合闸波形见图3 。相较于方案一与方案二，方案三经济性、可行性均更好。 图3 调试完成后合闸波形
因此，权衡各方面利弊，同时结合现场实际，方案三无需额外更换断路器或选相合闸装置，且安全可靠性得以保障，现场实施更为方便，在实际改造与实施中更具有优势。 3 效果评价
在银川东换流站交流滤波器选相合闸装置参数重新整定后，对图3进行分析可知：A、B、C三相合闸瞬间距对应相电压过零点时间均小于0.2 ms，且整个合闸过程中，电压、电流波形较为平稳，无异常波动。因此，通过对选相合闸装置中的断路器电气合闸时间和辅助接点延时进行重新整定，可在一定期限内保证断路器在过零点合闸，需要注意的是，该方法应随着机械特性改变重新整定，可有效保证直流系统的可靠运行。 4 结 论
(1)在断路器机构相对比较稳定时，机械合闸时间离散性不大，可以通过试验将电气合闸点设定到过零点后较短时间，即可以解决过零点前预击穿问题。 (2)随着断路器机械特性的变化，若机械合闸时间离散性增大，可保守一些，将预
击穿延时设置得稍微大一些，即便机械合闸时间离散窗口扩大后，仍可减小发生电压过零点前击穿的概率。
(3)建议对D型滤波器每年进行电气合闸时间和辅助接点延时测量试验，可分组进行，每次进行5组试验，再求其平均值，对选相合闸装置中的断路器电气合闸时间和辅助接点延时进行重新整定，即可保证选相合闸装置在过零点合闸。对A型、B型、C型滤波器建议每3年做1次合闸时间和辅助接点延时测量试验，可有效缓解这3类滤波器非过零点合闸问题。 参考文献
【相关文献】
[1] 梁旭明，张平，常用.高压直流输电技术现状及发展前景[J],电网技术,2012,36(4)：1-5. [2] 舒印彪．中国直流输电的现状及展望[J]．高电压技术，2004，30(11)：1-2． [3] 陈向宜，甄威，刘明忠.特高压直流换流站选相合闸控制装置现场调试技术[J].电网技术,2012,36(2):17-22.
[4] 杨万开，印永华，曾南超，等．特高压直流输电工程系统调试研究[J]．中国电机工程学报，2009，29(22)：83-87．
[5] Point-on-Wave Controller Series RPH2 Service Manual[Z],阿海珐高压开关有限公司，2004.
[6] 张俊，李腾亮，李军.选相合闸装置对直流输电控制系统的影响[J]，电气应用，2012,24:1-3. [7] 王剑明，陈征，丁正平，等．CY2000 型选相合闸控制系统的应用[J]．江苏电器，2006，6(6)：21-24．
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容