限制并聯(lián)電容器組過電壓中的一種新方法

分類：解決方案日期：2007-01-23 00:00:00

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斷路器的特殊要求和對控制單元參數(shù)的設(shè)定。
關(guān)鍵字：并聯(lián)電容器組　相位控制　控制單元　高壓斷路器
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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　對相位控制斷路器的要求
　　在不同的回路中對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
　　由前所述，計(jì)算機(jī)的零點(diǎn)是參考電壓的過零點(diǎn)。而參考電壓不一定是斷路器的首合相上的電壓。其次，對每一種回路而言，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。對圖2［1］合閘電容器的情況，參考電壓為R相，對R相，TD1為零，對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。