中压智能相控断路器在220kV变电站中的应用.docx

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中压智能相控断路器在220kV变电站中的应用

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易宏史清芳孔林

摘要：近年来，大容量无功补偿设备在变电站中的应用越来越常见，随之而来的投切引起的问题也受到了大家的关注。文章对比分析了常规断路器和相控断路器的技术差异，论述了相控断路器技术特点、优势和效益。研究结果表明，智能相控断路器可以有效的抑制投切时产生的涌流和过电压等暂态冲击。

Key：无功补偿、断路器、相控、暂态

0引言

随着我国经济的飞速发展，电网规模日益增大，对无功补偿装置的要求也越来越高。装设大容量无功补偿设备可以有效减少线损，改善电网电能质量以及稳定系统电压。但随之而来的无功设备投切过程中产生的问题也越来越突出：无功设备投切频繁、使用寿命短，容易造成母线停电、电容器故障、投切失败、开关重燃及爆炸等事故。

文献[1]分析了造成电容器投切不成功的主要原因是无功设备投切过程中产生的操作过电压、投切涌流过大以及容量配置不合理。文献[2]通过对多起大容量并联电容器组的运行事故进行分析，发现投切电容器组的断路器性能差是造成事故的原因之一。文献[3]通过对智能相控断路器和常规断路器的投切电流和电压进行对比，验证了智能相控断路器的良好投切效果。

为进一步研究中压智能相控断路器对抑制无功设备投切过程中产生的涌流与操作过电压的积极影响。文章简析了中压智能相控断路器的基本原理、与常规断路器进行了性能对比并对此进行了实例验证。

1中压智能相控断路器基本原理

1.1中压智能相控断路器工作原理

中压智能相控断路器的核心技术是相控技术，通过对电流或电压信号进行监测，实现在最佳位置开断或闭合开关触头的功能。中压智能相控开关工作原理如图1所示。主要由智能控制单元、三相分相操作的直驱型永磁智能相控开关等组成。通过智能控制单元对相控开关进行精准控制实现对分合闸相位角的控制，从而有效抑制分合闸过程中产生的涌流和过电压。

1.2电容器投切策略

1.2.1电容器合闸策略

结合电容器的电气特性，为了抑制电容器合闸时产生涌流和过电压，电容器的最佳合闸时机为电压过零点。电容器合闸技术原理图如图2所示。通过相控技术实现电容器三相电压依此过零点投入，从而减少合闸时的暂态冲击。

图中，tc为合闸操作指令开始时间，t0为电压零点，ts为合闸动作时间，tp为合闸相位，tm为开关触头接触时间。相控斷路器的智能控制单元通过对时延td的控制，实现三相电压分别过零点合闸。

1.2.2电容器分闸策略

为了提高开关的开断能力，降低重燃的可能性，电容器的最佳分闸时机为燃弧一段时间后在电流过零点自然熄弧。因此，需要先根据不同的负载特性以及灭弧室的性能，综合分析确定负载的最小燃弧时间，然后才能实现过零点自然熄弧的功能。电容器分闸技术原理图如图3所示。通过相控技术实现电容器三相依次在电流过零点自然熄弧，从而提高分闸成功率，降低设备损耗。

图中，tc为分闸操作指令开始时间，to为分闸动作时间，ts为开关触头分离时间，tz为电流过零点，也就是电弧熄灭的时间，可知燃弧时间tarc=tz-ts。相控断路器的智能控制单元通过对延时td的控制，实现三相电流分别过零点自然熄弧。

1.3电抗器投切策略

电抗器与电容器的电气特性的最大区别在于电抗器的电流不能发生突变，因此电抗器合闸时应尽量减少电流的突变率，以达到降低操作过电压的目的。电抗器的最佳合闸时机是电流过零点，也就是电压90°的时候投入。

电抗器分闸的原理与电容器一样，分闸最佳时机也是在电流过零点自然熄弧。

电抗器投切策略与电容器类似，只是投切时机略有不同，此处不再赘述。

2中压智能相控断路器与普通断路器性能对比

2.1中压智能相控断路器与普通断路器技术对比

相控断路器可以根据负载特性实现任意投切策略角度的三相独立的分相分时操作，而普通断路器只能是三相联动操作;相控断路器可以根据不同的负载特性，选择最佳的投切相位角，且动作时间稳定，对投切涌流和过电压具有明显抑制效果，而普通断路器没有此功能，会造成较大的暂态涌流和过电压冲击;相控断路器还可根据采集的电网信息和故障电流信息，完成负载支路的测控和保护功能，并能通过电流过零预测算法，实现故障选相开断的功能。通过对市面上的普通开关和智能相控开关调研，得出如表1所示的技术对比。

2.2?中压智能相控断路器与普通断路器投切性能对比

目前220kV及以上的变电站使用大容量电容器组已经成为普遍现象，针对当前8-10Mvar电容器组设计应用，其要求的开断电流已经远大于400A，普通断路器已难以满足应用需求，存在安全隐患。

10kV智能相控断路器具备三相联动操作方式下背对背开合800A容性电流的能力，可以安全分合容量为13.8Mvar的电容器，即使不启用相控功能而仅采用随机投切策略，也可完成电容器组的安全可靠分合。正常情况下，智