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簡介： 介紹了用相位控制高壓斷路器來控制并聯(lián)電容器組的關(guān)合操作原理。敘述了相位控制高壓斷路器的組成及對(duì)斷路器的特殊要求和對(duì)控制單元參數(shù)的設(shè)定。
1、概述
高壓斷路器在電力系統(tǒng)中操作并聯(lián)電容器組時(shí)會(huì)引起過電壓。操作過電壓的幅值與電力系統(tǒng)的參數(shù)特別是斷路器特性以及關(guān)合和開斷的相角有很大的關(guān)系。在不利的相位角合閘時(shí)所引起的過電壓倍數(shù)會(huì)很大，甚至?xí)＜暗诫娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定。
通常限制并聯(lián)電容器組操作過電壓的措施是避雷器。而避雷器在操作過電壓下的頻繁動(dòng)作也將會(huì)大大縮短它的壽命。自20世紀(jì)70年代中期開始，國外開始研究相位控制高壓斷路器的技術(shù)，其設(shè)計(jì)思想是通過計(jì)算讓斷路器在一個(gè)固定的相位上合閘或分閘，從而使系統(tǒng)內(nèi)的操作過電壓幅值降至最低。據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至1993年，相位控制高壓斷路器大部分應(yīng)用在電容器組的投入操作過程中。我國雖然對(duì)這種先進(jìn)技術(shù)也進(jìn)行過研究，但截至1998年尚無實(shí)際應(yīng)用的例子。這與當(dāng)時(shí)人們懷疑它的動(dòng)作穩(wěn)定性有很大關(guān)系。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國際上對(duì)這一技術(shù)更加重視［1，2］。 1998年，我國有一條輸電線路的斷路器采用了相位控制單元，以其來替代合閘電阻來限制線路的合閘過電壓。2000年底，又有2套相位控制單元投入運(yùn)行，用來限制并聯(lián)電抗器的分閘過電壓。到2001年底，將會(huì)有7套相位控制單元陸續(xù)投入運(yùn)行，有2套相位控制單元首次在我國應(yīng)用于并聯(lián)電容器回路的SF6斷路器上。圖1是用于電容器組回路斷路器的相位控制單元的例子。相位控制斷路器除用于電容器、電抗器的合分閘操作外，還可用于變壓器的操作以消除合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流［3］。
2、對(duì)相位控制斷路器的要求
在不同的回路中對(duì)相位控制高壓斷路器的要求不同。例如在空載長線和并聯(lián)電容器組的回路中，比較嚴(yán)重的情況是斷路器的合閘操作。此時(shí)相位控制的目的是盡可能地減小回路中的電壓突變，即需要盡可能地減小斷路器斷口上的預(yù)擊穿電壓。
相位控制高壓斷路器由相位控制單元和高壓斷路器組成。對(duì)高壓斷路器，為了取得準(zhǔn)確的合閘或分閘相位，要求斷路器每次操作的分散性必須很小。即要求斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能很穩(wěn)定。每次的分合閘時(shí)間必須相等或相差0．5ms以下。即使操作電壓波動(dòng)時(shí)也要滿足以上要求。
對(duì)應(yīng)用于并聯(lián)電容器回路的SF6斷路器，為了獲得最佳的合閘性能，（即操作過電壓最低，）要求斷路器兩相首先合閘后，經(jīng)過90°相位角后最后一相再合閘。即對(duì)50Hz的電網(wǎng)這一時(shí)延為5ms。
3、相位控制單元的設(shè)計(jì)原理
相位控制單元是以計(jì)算機(jī)為核心的控制裝置。以ABB公司的SWITCHSYNCE113（以下簡稱為E113）為例，它由微機(jī)參考電壓電流輸入、操作命令輸入與輸出、警報(bào)輸出輸入按鈕及顯示屏組成。特別要指出的是，它內(nèi)部的可擦除儲(chǔ)存器（EEPROM）在沒有電源的情況下仍能可靠保存程序，使E113不致因發(fā)生混亂而引起誤操作。
圖2所示為E113的基本原理。以合閘為例，當(dāng)控制單元得到一個(gè)合閘命令1時(shí)，計(jì)算機(jī)以最近的一個(gè)電壓過零點(diǎn)選為它的時(shí)鐘零點(diǎn)。（這個(gè)電壓信號(hào)由電源側(cè)電壓互感器2上取得。）經(jīng)過了一定的時(shí)間TVTOT后，E113控制單元給斷路器發(fā)出合閘信號(hào)3。這個(gè)時(shí)間TVTOT的長度取決于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算時(shí)間、輸入到E113內(nèi)斷路器的合閘時(shí)間、以及在E113的自適應(yīng)模式下前一次斷路器的操作時(shí)間等。
E113的自適應(yīng)模式是前一次操作在相位上的任何偏差，都用來當(dāng)作本次操作的修正量。這種偏差可能來源于斷路器本身的分合閘時(shí)間上的分散性與繼電器的動(dòng)作延遲等。分合閘相位通常靠設(shè)備側(cè)電壓互感器2來確定。而這種自適應(yīng)模式通常只用于合閘操作時(shí)。
4、并聯(lián)電容器的合閘
路器的首合相上的電壓。其次，對(duì)每一種回路而言，都有其最佳合閘或分閘相位角。我們把參考電壓 零點(diǎn)到最佳合閘（分閘）相位角之間的時(shí)間差定義為時(shí)延TD1。對(duì)圖2［1］合閘電容器的情況，參考電壓為R相，對(duì)R相，TD1為零，對(duì)S相和T相分別為6．7和3．3ms（50Hz）．
實(shí)際上，斷路器的動(dòng)作時(shí)間總有一定的分散性，滅弧介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度也有差別，在考慮這兩項(xiàng)因素后，統(tǒng)計(jì)表明，最佳的合閘時(shí)間比理論的最佳合閘時(shí)間有一定延遲。記為時(shí)延TD2。對(duì)合閘中性點(diǎn)接地的電容器組，取0． 3 ms。
因?yàn)閿嗦菲骱祥l前總存在預(yù)擊穿，故實(shí)際關(guān)合時(shí)間比測(cè)量到的斷路器的合閘時(shí)間要短。這個(gè)時(shí)延為TD3。（見圖2）。對(duì)合閘中性點(diǎn)接地的電容器組，取0．1 ms。
合閘中性點(diǎn)接地的電容器組所得到的電壓及電流波形見圖3。
5、結(jié)論
（1）采用相位控制高壓斷路器可以有效地限制操作過電壓。
（2）當(dāng)斷路器經(jīng)特殊設(shè)計(jì)并與相位控制單元配合后，合閘并聯(lián)電容器組的過電壓倍數(shù)將比采用常規(guī)斷路器時(shí)大大降低。據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，過電壓倍數(shù)小于1．5倍。
