kV固定串联补偿装置技术特点

500kV固定串联补偿装置技术特点分析摘要：分析了5500kV固定串联补补偿装置的技技术特点。就就串联电容器器的结构、MOV能量吸收能能力的确定和和放电间隙的的配置提出了了改进意见。关键字：500kV串联补偿技术特点分析1前言高压输电电系统使用串串联补偿装置置能够有效地地降低输电系系统间的电抗抗值，提高输输电能力和系系统运行的稳稳定性，降低低输电系统工工程造价。自自1950年第一套220kkV串联补偿装装置在瑞典投投入运行以来来，高压串联联补偿装置在在全世界得到到了广泛的应应用。据不完完全统计，目目前全世界运运行的高压串串联补偿装置置总容量已达达到80Gvvar，电压等级级从220kV发展到750kV。我国分别别在1966年和1972年投入使用用了第一套220kV和第一套330kV串联补偿装装置，其中330kV串联补偿装装置的技术水水平当时在世世界上还有一一定的先进之之处。后来随随着电网网架架结构的加强强和电网运行行方式的改变变，这些串联联补偿装置相相继退出运行行，此后在长达20多年的时间间里，高压串串联补偿装置置在我国出现现了空白。2000年，借助于于阳城—淮安500kV输电系统的的建设，国内内首次在徐州州500kV三堡开关站使用用了二套500kV固定串联补补偿装置，这这二套500kV串联补偿装装置已于2000年11月30日投入试运运行。本文就就这二套500kV固定串联补补偿装置的技术术特点进行简简要介绍分析析。2阳城—淮安500kV输电系统简简介阳城发电厂厂坐落在山西西阳城境内，一一期工程安装装6台350MW火力发电机机组，总发电电装机容量2100MMW，由美国AES公司和江苏苏、山西有关关单位共同投投资建设。电电厂所发电量量通过500kV输电线路全全部输送至江江苏使用。500kV输电系统接接线图见图1。由阳城发电电厂至淮安上上河变电站之之间输电距离离长达744km，沿途设置置了东明和三三堡二座500kV开关站以分分割线路（500kV任庄变电站站在此之前已已经建成投运），整整个500kV输电系统采采用3—2—3接线方式。即即阳城电厂至至东明开关站站之间架设三三回500kV线路，其中中两回为同塔塔双回路架设设；东明开关关站至三堡开关站之之间架设两回回500kV线路，采用用同塔双回路路架设。三堡堡开关站至上上河变电站架架设三回500kV线路。根据据潮流及稳定定计算结果得得知：如果在在N－1条件下要保证证阳城电厂不不降低发电出出力，就必须须全线架设三三回500kV线路。为降降低工程造价价，因此决定定在东明开关关站至三堡开开关站之间的的两回500kV线路上三堡开关站侧侧安装两组500kV串联补偿装装置。3三堡5000kV串联补偿装装置简介目前世界上上运行的串联联补偿装置分分为固定串补补（FSC）和可控串串补（TCSC或CSC）两种，其其中可控串补补真正投入运运行的只有两两家（美国的的230kVVKayeenta变电站和500kVVSlattt变电站），其其技术复杂性性和投资均较较高，而固定定串补投资较较低且有近50年的丰富运运行定串补。通通过国际招标标，由西门子公司中中标成套供货货，其中旁路路断路器及隔隔离开关、控控制保护装置置由西门子公公司自己制造造，旁路间隙隙和阻尼装置置由诺基亚公公司制造，串串联电容器由由Coopeer公司制造。串串补装置电气气接线图见图图2。串补装置技技术参数见表表1（两套串补补装置参数完完全相同，只只列出一套的的参数）：4串补装置技术术特点分析三堡开关站500kV串补装置主主要由串联电电容器组、非非线性电阻（MOV）、放电间间隙、阻尼装装置、旁路断断路器、继电电保护装置六六大部分组成成，装置采用用分相布置，除除旁路断路器器和隔离开关关设备以外，其其它设备均分分别安装在三三个绝缘平台台上。现分别别分析各组成成部分的技术术特点。4．1串联电容容器组串联电容器器采用Coopeer公司产品，每每相串联电容容器组由320台单元串联联电容器（40并8串）组成，这这320台单元串联联电容器又分分成4个接线臂，电电气上接成H型接线方式式（见图2）。每个接接线臂上有80台单元串联联电容器，接接线为20并4串，先并后后串。每20台并联的单单元串联电容容器预先在制制造厂集中安安装在一个金属框架架内，整体运运输到安装现现场，安装工工作非常简便便。金属框架架内的单元串串联电容器分分成两列并排排布置，每列列10台，两列之之间排列方式式为尾对尾。四四个金属框架之间上下下叠装，其中中第二和第四四个金属框架架下部安装有有陶瓷支持绝绝缘子。单元元串联电容器器技术参数见见表2。串联电容容器的熔丝配配置方式有内内熔丝和外熔熔丝两种。外外熔丝方式的的优点是不存存在保护死区区，熔丝熔断断后运行人员员能方便的发发现故障电容容器：缺点是是单元串联电电容器内部元件损损坏会造成整整台单元串联联电容器退出出运行，安装装尺寸较大。内内熔丝方式的的优点是结构构紧凑，安装装尺寸较小，少少量内部元件件损坏由内熔熔丝动作切除除，不会造成成整台单元串串联电容器退退出运行；缺缺点是存在保保护死区，当当出线套管闪闪络或内部引引出线对壳击击穿时会造成成串联电容器器短路故障，此此时内熔丝又又无法动作。此此外，不平衡衡保护动作后后查寻故障电电容器的工作作量很大，需需要对320台单元串联联电容器逐台台进行检查，对对于对称性单单元电容器故故障，不平衡衡保护无法正正确动作，只只有通过每年年测试每台单元元串联电容器器的电容量才才能发现问题题以消除隐患患。本次串补补招标技术要要求中明确提提出单元串联联电容器最好好采用双套管管结构，熔丝丝配置方式由由制造商推荐荐（技术要求中对对两种熔丝安安装方式均提提出了详细要要求）。运行行单位提出采采用双套管加加外熔丝结构构，但不知何何故此意见未未被采纳。制制造商作出的的解释是：根根据经验数据据串联电容器元件30年（设计寿寿命）的总故故障概率为2％，每相电电容器组30年损坏的元元件数量为332．8个（2％×320××4×13），平均分分配到单元串串联电容器上，每个个单元串联电电容器只会有有1．04个元件损坏坏。计及故障障元件的随机机分布，因此此不会发生单单元串联电容容器整台故障障的问题。这这一解释也被被部分国内人人员所接受。作者认认为，单套管管加内熔丝结结构的单元串串联电容器存存在的最大问问题是：一旦旦发生出线套套管闪络或内内部引出线对对壳击穿就会会造成串联电电容器极间短短路。一台单单元串联电容器极极间短路后，在在串补装置满满负荷运行（2360A）情况下，通通过故障单元元串联电容器器的负荷电流流达到1349A，加上其它它健康单元串串联电容器的的高频放电电流，要要求单元串联联电容器的外外壳耐爆容量量至少应大于于18kJ。如外壳耐耐爆容量不能能满足要求，则则串联电电容器极间短短路后极易造造成故障单元元串联电容器器外壳爆裂起火，烧烧毁临近的设设备。这种情情况在我国引引进的SVC装置中已经经发生过好几几起（如广东东江门、武汉汉凤凰山等变变电站，每次次均烧毁上百百台电容器），上上述烧毁的SVC装置中的电电容器结构均均为欧洲制造造的内熔丝加加单套管产品品。事故发生生后采取的反反事故措施都都是采用国产产双套管加外外熔丝电容器器进行更换，至至今运行情况况良好，这一点非常常值得借鉴。4．2非线性电阻（MOV）MOV是为保护串联电容器组而设置的，其技术要求是将串联电容器组的过电压水平限制在2．3pu（230kV峰值）以下。外部故障情况下串联电容器组不退出运行；内部故障情况下串联电容器组退出运行，故障切除后串联电容器组快速投入运行以提高系统稳定性。中方提出的内外部故障切除时间为450ms（考虑线路两端保护故障下均拒动，由后备保护切除故障）。西门子公司根据中方提供的系统参数和故障类型及持续时间，采用EMTDC电磁暂态计算程序进行了大量计算，确定MOV吸收能量值为49．5MJ，据此配置MOV参数见表3。17个MOOV瓷套的总能能量吸收能力力为56MJ，计及MOV电流分配的的不平衡性以以后，MOV的总能量吸吸收能力仍有有一定的裕度度。由于MOV的总能量吸吸收能力很大大，因此其投投资在串补装装置总造价中中占较大的比比例。造成MOV的总能量吸吸收能力很大大的原因是中中方提供的故故障持续时间间过长，考虑虑了两套线路路主保护全部部拒动和断路路器拒动等多多种因素。实实际上500kV线路从保护护到电源均采采取双重化配配置，断路器器的分闸线圈圈也采取双重重化配置，各各种拒动因素素同时出现的的概率非常之之小，如果只只考虑断路器器拒动的因素素则故障持续续时间可缩短短为350ms，MOV的总能量吸吸收能力可以以显著降低从从而降低设备备造价。西门门子公司在投标文文件中建议将将故障持续时时间确定为250ms（考虑两套套主保护拒动动），则MOV的总能量吸吸收能力可以以降低到30MJ，节省投资325万元。安全全固然重要，但必必须与投资进进行综合考虑虑。4．3旁路间隙隙为防止MOV在内部故障障期间因吸收收能量过大而而损坏，设置置了旁路间隙隙，在预定的的条件下旁路路间隙触发燃燃弧将MOV短接。旁路路间隙结构由由上下两个箱箱体组成，上上部箱体中安装装一个主间隙隙和两个电容容器，下部箱箱体中安装一一个主间隙、两两个电容器、精精密间隙、触触发变压器和和触发点火间间隙，电气接接线见图3。1-主间隙2-阻尼电阻3-精密间隙4-触发变压器器5-触发点火间间隙6-C1-C4电容分压器器

旁路间隙隙动作过程如如下：保护系统检检测到MOV运行异常后后发出高压点点火脉冲，触触发点火间隙隙击穿燃弧；；电容分压器器中的电容器器C1通过阻尼电电阻R放电，放电电电流通过触触发变压器的的一次线圈造造成精密间隙隙击穿燃弧；；同样，电容容分压器中的的电容器C2通过阻尼电电阻R放电，C1和C2放电后，由由于C3和C4所分担电压压升高造成上上部主间隙击击穿燃弧；上上部主间隙击击穿燃弧后C3和C4通过主间隙隙放电，进一一步造成C1和C2上分担电压压升高造成下下部主间隙击击穿燃弧，至至此整个旁路路间隙连接起起来。4．4阻尼装置置旁路间隙或或旁路断路器器动作后，串串联电容器组组将对其放电电。放电电流流为高频高幅幅值振荡电流流，对旁路间间隙或旁路断断路器的安全全运行威胁很很大，必须配配置阻尼装置置抑制放电电流，使使放电电流的的第二个幅值值降低到第一一个幅值的50％以下。阻阻尼装置由阻阻尼电抗器、阻阻尼电阻和石石墨火花间隙隙组成，电气气接线见图2。阻尼电抗抗器采用干式空芯电抗抗器，电感值值为0．4mH。为降低阻阻尼电阻的热热容量，采用用石墨火花间间隙与阻尼电电阻串联连接接。串联电容容器组放电时时石墨火花间间隙击穿将阻阻尼电阻投入入运行；放电结结束后，石墨墨火花间隙熄熄弧将阻尼电电阻退出运行行，线路故障障电流只通过过阻尼电抗器器。阻尼电阻阻由5个并联连接接的电阻元件件组成，采用用非磁性不锈锈钢带制做，电阻值为3Ω，最大热容容量为7MJ，最大放电电电流63．5kA。4．5旁路断路路器旁路断路器器用于投切串串联电容器组组和保护MOV及旁路间隙隙。由于它不不开断故障电电流而且安装装在对地绝缘缘的支柱上，因因此技术要求求不高。采用用了西门子公公司的3AQ2－EI型产品，额额定电压为245kV，合闸时间间为52±3mms。4．6继电保护护为保护串补补装置安全运运行，采用双双重化配置方方案共配置了了6套继电保护护装置（按动动作原理划分分实际为3套）。对于于这些继电保保护装置本文文不作过多分分析，仅重点点介绍分析其其互感器和信信号传输部分分。4．6．1电流互感感器每相串补装装置配置8台电流互感感器，布置情情况见图2。这8台电流互感感器有6台采用穿心心式电流互感感器，1台采用支柱柱式电流互感感器，1台采用套管管式电流互感感器。每台电电流互感器均均有两个铁芯芯和两个二次次线圈，按照照其用途不同同，参数配置置也不相同，详详见表4。从上表中中可以看出：：电容器不平平衡保护所采采用的电流互互感器一次侧侧额定电流很很小。这是因因为正常及个个别电容器元元件损坏的情情况下，通过过电流互感器器一次侧的电电流很小，根据计计算结果，某某一单元电容容器内有6个元件损坏坏时通过电流流互感器一次次侧的电流只只有1．31A，而此时与与故障元件并并联的正常元元件承受的过过电压系数已已经达到1．54，要求保护护动作跳闸。所所以该电流互互感器一次侧侧额定电流只只能很小以保保证保护装置置正确动作。当当发生单元电电容器极间故故障时通过电电流互感器一一次侧的电流流很大，远远远超过其额定定电流，此时时电流互感器器极易损坏造造成保护拒动动，因此必须须在其二次侧侧配置保护装装置如空气间间隙、非线性性电阻等。电电容器不平衡衡保护所采用用的电流互感器通通过故障电流流时发生爆炸炸损坏的事故故已发生过几几起，对此问问题必须引起起足够的重视视。4．6．2信号传输输串补装置配配置的电流互互感器与常规规电流互感器器的不同之处处在于：由于于其安装在对对地绝缘的平平台上，因此此其二次侧电电流信号不能能直接传输给给安装在地面面上的控制保保护装置。所以串串补装置配置置的电流互感感器其二次侧侧均有并联电电阻器，将电电流信号转换换为电压信号号，再通过光光电传感器将将电压信号转转换为光信号号（波长为850nm）通过光柱输送到到地面上的光光接收器，接接收器收到的的光信号后采采用数字信号号处理技术（DSP）将光信号号转换为电信信号输送给保保护控制装置置。平台上的的光电传感器器工作所需要的能量由由地面上的激激光发生器通通过光柱输送送。并联电阻阻器和光电传传感器安装在在平台上的光光柱端子箱内内，在光电传传感器两侧配配置了非线性性电阻器用以以保护光电传传感器免受过电压压损坏。5串补装置存存在的问题西门子公司司提供的两组组500kV串补装置，其其一次设备质质量较好，现现场安装发现现问题很少。主主要问题有：：两台串联电电容器存在渗渗油现象（占占总台数的0．1％），12台MOV的硅橡胶裙裙由于运输原原因存在不同同程度的破损损。但其保护护与控制装置置存在问题较较多，主要有有：间隙触发发装置的触发发盒监视不正正常，造成一一次误合串补补装置旁路开关关，后来在现现场处理触发发盒问题时又又造成误跳运运行的500kV线路。串补补电容器电流流显示零飘过过大，电容器器未运行而显显示器上已经经有近50A的电容电流。串补装装置投入运行行时要求控制制系统先送电电源，保护系