500kv固定串联补偿装置技术特点分析(1)

500kV500kV 固定串联补偿装置技术特点分析固定串联补偿装置技术特点分析 (1)(1) 摘要：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。 关键词：500kV 串联补偿技术特点分析 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。XX 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 XX 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 323 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 N1 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。 41 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 3328 个 （2320413） ，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 104 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