基于反饋控制策略新型復合開關(guān)研制

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1、基于反饋控制策略新型復合開關(guān)研制摘要：近年來，隨著低壓配電系統(tǒng)智能化程度不斷提高，低壓無功補償系統(tǒng)中復合開關(guān)較傳統(tǒng)接觸器使用比重日益增加。與此相伴的是：各復合開關(guān)生產(chǎn)廠家技術(shù)水平參差不齊，復合開關(guān)在使用過程中問題頻出，安全問題日益突出。對低壓復合開關(guān)在使用過程中出現(xiàn)的問題進行剖析，找出問題的根源，同時提出一種全新的思路和切實可行的解決方案。關(guān)鍵詞：復合開關(guān)可控硅CPU（中央處理單元）過零反饋中圖分類號：TM762文獻標識碼：A文章編號：1007-3973（2013）006-031-031引言隨著近年來智能電網(wǎng)的發(fā)展，低壓配電新技術(shù)、新產(chǎn)品也伴隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展不斷涌現(xiàn)。在低壓無功補償裝

2、置中，傳統(tǒng)接觸器投切電容器時涌流大、功能單一的弊病日益凸顯。因此，有研發(fā)能力的廠家將接觸器的更新?lián)Q代產(chǎn)品一一低壓復合開關(guān)逐步推向市場。復合開關(guān)的一次回路由繼電器和可控硅構(gòu)成，采集和控制回路以CPU（中央處理單元）為核心。其最大的特點是投切電容器時無涌流、功能豐富，有著傳統(tǒng)的接觸器無可比擬的優(yōu)勢。因此，各供電局、電力設(shè)備成套廠和廣大的電力用戶已逐漸接受復合開，用以做為傳統(tǒng)接觸器的升級換代產(chǎn)品。2復合開關(guān)的運行現(xiàn)狀復合開關(guān)在低壓無功補償系統(tǒng)中運用日益廣泛，但復合開關(guān)的研制廠家水平參差有別，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，低壓復合開關(guān)運行時的安全、可靠性問題沒有從根本上得到解決，嚴重地影響了電力系統(tǒng)的安全

3、運行。由于復合開關(guān)的硬件門檻并不高，從2005年初到2012年底，全國的復合開關(guān)的生產(chǎn)廠家由當初的幾家迅猛增加到數(shù)十家，復合開關(guān)的應用從當初的嘗試階段逐漸轉(zhuǎn)為大面積推開?，F(xiàn)場看過諸多廠家復合開關(guān)的運行現(xiàn)狀，很多復合開關(guān)雖然解決了傳統(tǒng)接觸器投切涌流大的弊端，也出現(xiàn)了一些新的問題：復合開關(guān)在運行2-3年后有20%-40%左右出現(xiàn)故障。更為嚴重的是，約3%-10%的復合開關(guān)在投運初期或使用過程中出現(xiàn)炸裂損壞，造成了主變0.4kV進線斷路器跳閘或線路損壞等諸多風險。3傳統(tǒng)的復合開關(guān)隱患案例某采礦廠采用容量為800kVA(10kV/0.4kV)的S11配電變壓器，無功補償裝置配置容量為12?？O

4、kvar,補償裝置主開關(guān)采用500A的塑殼斷路器。無功補償裝置中的投切開關(guān)采用低壓復合開關(guān)。配電系統(tǒng)運行兩個月后，部分復合開關(guān)出現(xiàn)故障且有明顯的燒灼痕跡，同時補償裝置進線塑殼斷器出現(xiàn)了多次跳閘。2008年5月17日，我單位受托對無功補償裝置故障問題進行分析和查找，采用電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置對補償柜進線電流進行實時錄波監(jiān)控。2008年5月18日，又有其它復合開關(guān)出現(xiàn)故障，同時補償裝置斷路器跳閘。經(jīng)查電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的錄波數(shù)據(jù)，清晰地反映了復合開關(guān)在出現(xiàn)故障瞬間補償柜電流峰值為額定電流數(shù)倍，已超出示波表所能顯示的范圍。由此可以看出，傳統(tǒng)的復合開關(guān)由于出現(xiàn)異常導致不可控，給用電單位甚至配電

5、系統(tǒng)帶來嚴重的安全隱患。附：復合開關(guān)在電壓過零偏移50us處導通時的沖擊波形，如圖1所示。圖1復合開關(guān)在電壓過零偏移50us處導通時的沖擊波形4復合開關(guān)運行故障問題分析低壓智能復合開關(guān)出現(xiàn)運行故障，一般有以下幾方面的原因：(1)設(shè)備的運行環(huán)境惡劣，如運行環(huán)境溫度、濕度、塵埃含量、海拔高度等外部環(huán)境的影響。(2)電能質(zhì)量、電容器質(zhì)量的影響。(3)復合開關(guān)自身質(zhì)量缺陷的影響。從現(xiàn)場采集的信息來看，產(chǎn)品自身質(zhì)量的缺陷是復合開關(guān)運行故障最主要的原因?，F(xiàn)就對復合開關(guān)的工作原理進行剖析：低壓復合開關(guān)的主要實現(xiàn)原理是將可控硅與磁保持繼電器并聯(lián)，由CPU(中央處理單元)對可控硅和磁保持繼電器進行時序控

6、制，動作步驟如下：(1)初始時刻，可控硅和磁保持繼電器均為斷開，電容器為切除狀態(tài)。(2)投入電容時，CPU控制可控硅在電壓過零點瞬間導通并持續(xù)導通，此時電容電流流經(jīng)可控硅。(3)電流穩(wěn)定后，CPU控制磁保持繼電器閉合，待其可靠接通后斷開可控硅，繼電器擔任長時間的續(xù)流任務(wù)。(4)切除電容器時，CPU控制可控硅處于接通狀態(tài)。待可控硅接通狀態(tài)穩(wěn)定后。隨即斷開磁保持繼電器，此時可控硅擔任續(xù)流任務(wù)。(5)待磁保持繼電器分開狀態(tài)穩(wěn)定后，CPU撤消可控硅的觸發(fā)信號，控硅在電流過零自動斷開，完成一次投、切過程的全部動作。通過其基本工作原理可以看出：復合開在電壓過零處投入電容器、退出電容器時在電流過零處

7、，具備電壓過零投入、電流過零退出的特性?？煽毓枧c磁保持繼電器的動作時序均由CPU(中央處理單元)協(xié)調(diào)。無功補償裝置通常就近安裝于低壓配電變壓器，電源內(nèi)阻很小，又因補償裝置中復合開關(guān)所接負載為電容器，異常干擾可使CPU失效致一次元件動作時序失控，導致復合開關(guān)在電壓波形非過零處投入電容器，從而產(chǎn)生數(shù)十倍甚至上百倍于額定電流的短時過流現(xiàn)象，引起復合開關(guān)炸裂甚至配變進線斷路器跳閘的嚴重后果。5硬件和軟件實施方案的提出復合開關(guān)設(shè)計最核心的問題就是可靠性和