真空開(kāi)關(guān)的選相控制及其應(yīng)用研究.pdf

1、選相控制開(kāi)關(guān)又稱(chēng)同步開(kāi)關(guān)或相控開(kāi)關(guān)，其實(shí)質(zhì)就是根據(jù)不同的負(fù)載特性，控制開(kāi)關(guān)在電壓或電流最有利的相位(電角度)完成合閘或分閘，以主動(dòng)消除開(kāi)關(guān)過(guò)程所產(chǎn)生的涌流和過(guò)電壓等電磁暫態(tài)效應(yīng)，或提高開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷能力，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外開(kāi)關(guān)智能化的前沿課題之一。本論文以真空開(kāi)關(guān)選相投切電容器組為重點(diǎn)，以消除開(kāi)關(guān)過(guò)程所產(chǎn)生的涌流和過(guò)電壓等電磁暫態(tài)效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)和目的，從選相投切技術(shù)的相關(guān)理論、基于DSP的永磁機(jī)構(gòu)真空開(kāi)關(guān)選相投切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、基于相控真空開(kāi)關(guān)的

2、智能無(wú)功補(bǔ)償裝置、樣機(jī)功能系統(tǒng)試驗(yàn)、選相投切空載變壓器等幾個(gè)方面展開(kāi)論述，為相控真空開(kāi)關(guān)在國(guó)內(nèi)的進(jìn)一步研究與推廣提供了參考與支持。 無(wú)功補(bǔ)償電容器組的選相投切是當(dāng)前選相控制真空開(kāi)關(guān)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，本文根據(jù)投切電容器組的暫態(tài)過(guò)程分析，首先提出了不同連接方式下電容器組的選相投切策略。相控真空開(kāi)關(guān)對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械特性、滅弧室電氣特性及測(cè)控系統(tǒng)有特殊要求，而高壓領(lǐng)域的預(yù)擊穿現(xiàn)象和動(dòng)作時(shí)間偏差會(huì)導(dǎo)致實(shí)際投切相位偏離預(yù)設(shè)相位，從而降低選相投切

3、的功效，為此本文進(jìn)一步推導(dǎo)出不同關(guān)合系數(shù)與機(jī)械分散性條件下的最佳關(guān)合相位與最大關(guān)合電壓計(jì)算公式。此外，文中還從開(kāi)關(guān)暫態(tài)過(guò)程、選相控制策略和使用效果等方面闡述了選相投切技術(shù)在空載輸電線路、并聯(lián)電抗器、空載變壓器等不同領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。 雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作穩(wěn)定可靠，其出力特性能與真空開(kāi)關(guān)良好匹配，在中壓領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。相控真空開(kāi)關(guān)采用分相獨(dú)立操動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)，其操作電源為由大功率電力電子器件控制的儲(chǔ)能電容器，操

4、動(dòng)精度可達(dá)微秒量級(jí)。采用雙次線性插值法與多元線性回歸法從軟件上動(dòng)態(tài)補(bǔ)償操作電源的電壓、環(huán)境溫度等對(duì)永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間的影響，可提高開(kāi)關(guān)的控制精度與穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果表明補(bǔ)償后的永磁機(jī)構(gòu)合分閘相位的控制偏差平均值小于 0.4ms，很好地滿(mǎn)足了相控開(kāi)關(guān)的基本要求。 近年發(fā)展起來(lái)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)是實(shí)現(xiàn)選相控制系統(tǒng)的理想核心器件。本研究的選相控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：基于TMS320LF2407A型DSP的軟硬件結(jié)構(gòu)；采用64階 FIR

5、數(shù)字濾波器提取參考零點(diǎn)，通過(guò)軟件自適應(yīng)同步采樣技術(shù)與FFT變換計(jì)算電網(wǎng)參數(shù)，針對(duì)不同的選相控制策略編寫(xiě)了相應(yīng)的延時(shí)子程序以供調(diào)用等。電網(wǎng)頻率波動(dòng)會(huì)對(duì)參考零點(diǎn)提取帶來(lái)一定的同步誤差，文中采用IZC算法實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率，選用14位高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX125，可把控制精度提高到0.1ms以上。 10kV 變電站常安裝并聯(lián)電容器組作為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以降低有功損耗并改善電能質(zhì)量。本文針對(duì)當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償裝置的不足，設(shè)計(jì)了基于相控真空開(kāi)關(guān)

6、的新型智能無(wú)功補(bǔ)償裝置。該裝置綜合考慮電網(wǎng)功率因數(shù)和母線電壓的變化，分組選相投切無(wú)功補(bǔ)償電容器組，既能抑制暫態(tài)沖擊、解決輕載振蕩問(wèn)題，又能使系統(tǒng)功率因數(shù)維持在0.95以上，從而達(dá)到最佳的無(wú)功補(bǔ)償效果。如果投切前后的電壓信號(hào)頻譜變化顯著則迅速執(zhí)行反向操作，避免諧振與諧波放大。以上述選相控制理論為基礎(chǔ)，將所開(kāi)發(fā)選相控制系統(tǒng)配用于永磁機(jī)構(gòu)真空開(kāi)關(guān)，研制出選相投切裝置樣機(jī)，并在浙江紹興系統(tǒng)試驗(yàn)站進(jìn)行了選相投切電容器組試驗(yàn)以檢驗(yàn)其工作效能。試驗(yàn)結(jié)