凌斯+秦涛涛
摘 要：针对传统选项开关受断路器分合闸时间分散性严重及相位信息难以提取的难点，本论文设计了一种新型混合式电容器组投切开关，提出了单相电容器组投切策略，建立了单相电容器组投切模型，并进行了投切策略仿真研究，仿真结果验证了投切策略的可行性，为新型混合式电容器组投切开关工程化提供理论指导。
关键词：电容器组投切 混合式开关 仿真模型
中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（b）-0035-02
选相技术可控制开关在电压或电流最有利的相位完成分闸或合闸，以消除开关过程中所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应，提高开关的开断能力及电网智能化。传统的选相控制技术面临两个难点：第一，是断路器操动机构分合闸分散性较大；第二，是零点相位信息难以提取。对于前者，目前多采取相应的控制方法保证断路器操动机构的动作稳定性，将分合闸时间分散性稳定至一定范围，确保其投切精度。对于后者目前的主要方法是通过一定的滤波算法，进行零点预测，从而确保投切精度。相比于自由投切过程，带选相技术的电容器组投切过程大大降低了合闸涌流及过电压，但是由于上述两个难点的存在，一定程度上降低了现有选相技术的可靠性，这也是目前选相断路器没有大规模应用的主要原因之一。
本论文提出了一种新型混合式电容器组投切开关，它由两个机械断口、硅堆、操动机构3个部分组成，其典型特点是利用硅堆的自然过零特性进行选相操作，无需进行零点预测。另外该新型电容器组投切选相开关仅需将机械开关的合闸时间控制一定窗口之内即可，大大降低了对断路器操动机构的要求。这两方面优点有效地解决了电容器组投切开关的投切时间及投切精度问题，能够满足选相操作的相关要求。
1 工作原理及投切策略
本文所设计的混合式电容器组投切开关基本原理如图1所示。
其单相分合闸过程及策略描述如下：（1）单相合闸过程。在电压负向阶段闭合断口S1，断口S2打开，在电压由负向变为正向过程中，利用硅堆的正向导通特性，将电容器组接入系统，然后在下一个电流零点之前闭合断口S2，由机械断口S1和S2共同承担系统电流，进行长期运行，避免硅堆运行时间过长而损坏。（2）单相分闸过程。当电流正向流过硅堆D时，打开断口S2，此时电流流过硅堆支路，半个周期之后，电流自然过零至负半周期，此时硅堆因电流反向自然关断。在下一个正半周期电流到达之前，打开断口S1，即可完成整個分闸过程。在整个运行过程中，流经硅堆的电流持续时间较短，无需人为加装冷却设备，自然冷却即可满足运行条件。
2 仿真模型与分析
根据以上单相分合闸策略，在电磁暂态仿真软件中建立了单相电容器组投切电路模型，进行了投切策略仿真验证。模型中系统电压为10kV，频率为50Hz，接地电阻为20mΩ。其中单相合闸过程电容器组支路电流波形如图2所示。
按照前述合闸策略可在电压负半波任意时刻导通断口S1，本研究中选择在10ms时刻。在下一个电压零点，硅堆D自然导通，并将导通1/4周期。在这1/4周期内，闭合断口S2，本研究中选择在19ms处闭合S2。从电容器组电流波形中可以看出并没有出现涌流。根据前述的分闸策略进行仿真，得到分闸过程断口电压波形如图3所示。在电流大于零之后的任一时刻断开断口S2，电流转移至硅堆支路，然后在下一个电流过零点之后，电流反向，电容器组自然切除，然后断口S1打开，完成分断。从图3中可看出电容器组切断之后无过电压产生。
3 结语
本文设计了一种新型混合式电容器组投切开关，提出了单相电容器组投切策略，建立了单相电容器组投切模型，并进行了投切策略仿真研究，仿真结果表明该新型电容器组投切开关在投切过程中无涌流和过电压产生，消除了电磁暂态效应，投切策略可行，可为工程样机制作提供理论指导。
参考文献
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