简介:分析了500kV固定串联补偿装置的技术特点。就串联电容器的结构、MOV能量吸收能力的确定和放电间隙的配置提出了改进意见。
1 前言
高压输电系统使用串联补偿装置能够有效地降低输电系统间的电抗值,提高输电能力和系统运行的稳定性,降低输电系统工程造价。自1950年第一套220kV串联补偿装置在瑞典投入运行以来,高压串联补偿装置在全世界得到了广泛的应用。据不完全统计,目前全世界运行的高压串联补偿装置总容量已达到80Gvar,电压等级从220kV发展到750kV。我国分别在1966年和1972年投入使用了第一套220kV和第一套330kV串联补偿装置,其中330kV串联补偿装置的技术水平当时在世界上还有一定的先进之处。后来随着电网网架结构的加强和电网运行方式的改变,这些串联补偿装置相继退出运行,此后在长达20多年的时间里,高压串联补偿装置在我国出现了空白。2000年,借助于阳城—淮安500kV输电系统的建设,国内首次在徐州500kV三堡开关站使用了二套500kV固定串联补偿装置,这二套500kV串联补偿装置已于2000年11月30日投入试运行。本文就这二套500kV固定串联补偿装置的技术特点进行简要介绍分析。
2 阳城—淮安500kV输电系统简介
阳城发电厂坐落在山西阳城境内,一期工程安装6台350MW火力发电机组,总发电装机容量2100MW,由美国AES公司和江苏、山西有关单位共同投资建设。电厂所发电量通过500kV输电线路全部输送至江苏使用。500kV输电系统接线图见图1。
由阳城发电厂至淮安上河变电站之间输电距离长达744km,沿途设置了东明和三堡二座500kV开关站以分割线路(500kV任庄变电站在此之前已经建成投运),整个500kV输电系统采用3—2—3接线方式。即阳城电厂至东明开关站之间架设三回500kV线路,其中两回为同塔双回路架设；东明开关站至三堡开关站之间架设两回500kV线路,采用同塔双回路架设。三堡开关站至上河变电站架设三回500kV线路。根据潮流及稳定计算结果得知:如果在N-1条件下要保证阳城电厂不降低发电出力,就必须全线架设三回500kV线路。为降低工程造价,因此决定在东明开关站至三堡开关站之间的两回500kV线路上三堡开关站侧安装两组500kV串联补偿装置。
3 三堡500kV串联补偿装置简介
目前世界上运行的串联补偿装置分为固定串补(FSC)和可控串补(TCSC或CSC)两种,其中可控串补真正投入运行的只有两家(美国的230kVKayenta变电站和500kVSlatt变电站),其技术复杂性和投资均较高,而固定串补投资较低且有近50年的丰富运行定串补。通过国际招标,由西门子公司中标成套供货,其中旁路断路器及隔离开关、控制保护装置由西门子公司自己制造,旁路间隙和阻尼装置由诺基亚公司制造,串联电容器由Cooper公司制造。串补装置电气接线图见图2。
串补装置技术参数见表1(两套串补装置参数完全相同,只列出一套的参数):
4 串补装置技术特点分析
三堡开关站500kV串补装置主要由串联电容器组、非线性电阻(MOV)、放电间隙、阻尼装置、旁路断路器、继电保护装置六大部分组成,装置采用分相布置,除旁路断路器和隔离开关设备以外,其它设备均分别安装在三个绝缘平台上。现分别分析各组成部分的技术特点。
4．1 串联电容器组
串联电容器采用Cooper公司产品,每相串联电容器组由320台单元串联电容器(40并8串)组成,这320台单元串联电容器又分成4个接线臂,电气上接成H型接线方式(见图2)。每个接线臂上有80台单元串联电容器,接线为20并4串,先并后串。每20台并联的单元串联电容器预先在制造厂集中安装在一个金属框架内,整体运输到安装现场,安装工作非常简便。金属框架内的单元串联电容器分成两列并排布置,每列10台,两列之间排列方式为尾对尾。四个金属框架之间上下叠装,其中第二和第四个金属框架下部安装有陶瓷支持绝缘子。单元串联电容器技术参数见表2。
串联电容器的熔丝配置方式有内熔丝和外熔丝两种。外熔丝方式的优点是不存在保护死区,熔丝熔断后运行人员能方便的发现故障电容器:缺点是单元串联电容器内部元件损坏会造成整台单元串联电容器退出运行,安装尺寸较大。内熔丝方式的优点是结构紧凑,安装尺寸较小,少量内部元件损坏由内熔丝动作切除,不会造成整台单元串联电容器退出运行；缺点是存在保护死区,当出线套管闪络或内部引出线对壳击穿时会造成串联电容器短路故障,此时内熔丝又无法动作。此外,不平衡保护动作后查寻故障电容器的工作量很大,需要对320台单元串联电容器逐台进行检查,对于对称性单元电容器故障,不平衡保护无法正确动作,只有通过每年测试每台单元串联电容器的电容量才能发现问题以消除隐患。本次串补招标技术要求中明确提出单元串联电容器最好采用双套管结构,熔丝配置方式由制造商推荐(技术要求中对两种熔丝安装方式均提出了详细要求)。运行单位提出采用双套管加外熔丝结构,但不知何故此意见未被采纳。制造商作出的解释是:根据经验数据串联电容器元件30年(设计寿命)的总故障概率为2%,每相电容器组30年损坏的元件数量为332．8个(2%×320×4×13),平均分配到单元串联电容器上,每个单元串联电容器只会有1．04个元件损坏。计及故障元件的随机分布,因此不会发生单元串联电容器整台故障的问题。这一解释也被部分国内人员所接受。作者认为,单套管加内熔丝结构的单元串联电容器存在的最大问题是:一旦发生出线套管闪络或内部引出线对壳击穿就会造成串联电容器极间短路。一台单元串联电容器极间短路后,在串补装置满负荷运行(2360A)情况下,通过故障单元串联电容器的负荷电流达到1349A,加上其它健康单元串联电容器的高频放电电流,要求单元串联电容器的外壳耐爆容量至少应大于18kJ。如外壳耐爆容量不能满足要求,则串联 电容器极间短路后极易造成故障单元串联电容器外壳爆裂起火,烧毁临近的设备。这种情况在我国引进的SVC装置中已经发生过好几起(如广东江门、武汉凤凰山等变电站,每次均烧毁上百台电容器),上述烧毁的SVC装置中的电容器结构均为欧洲制造的内熔丝加单套管产品。事故发生后采取的反事故措施都是采用国产双套管加外熔丝电容器进行更换,至今运行情况良好,这一点非常值得借鉴。
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。
