基于反饋控制策略的新型復(fù)合開關(guān)研制

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1、基于反饋控制策略的新型復(fù)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(bǔ)償系統(tǒng)中復(fù)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(fù)合開關(guān)生產(chǎn)廠家技術(shù)水平參差不齊，復(fù)合開關(guān)在使用過程中問題頻出，安全問題口益突出。對(duì)低壓復(fù)合開關(guān)在使用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行剖析，找出問題的根源，同時(shí)提出一種全新的思路和切實(shí)可行的解決方案。關(guān)鍵詞：復(fù)合開關(guān)可控硅CPU（中央處理單元）過零反饋中圖分類號(hào)：TM762文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-3973（2013）006-031-031引言隨

2、著近年來智能電網(wǎng)的發(fā)展，低壓配電新技術(shù)、新產(chǎn)晶也伴隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展不斷涌現(xiàn)。在低壓無功補(bǔ)償裝置中，傳統(tǒng)接觸器投切電容器時(shí)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——低壓復(fù)合開關(guān)逐步推向市場(chǎng)。復(fù)合開關(guān)的一次冋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(diǎn)是投切電容器時(shí)無涌流、功能豐富，有著傳統(tǒng)的接觸器無可比擬的優(yōu)勢(shì)。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(fù)合開，用以做為傳統(tǒng)接觸器的升級(jí)換代產(chǎn)品。2復(fù)合開關(guān)的

3、運(yùn)行現(xiàn)狀復(fù)合開關(guān)在低壓無功補(bǔ)償系統(tǒng)中運(yùn)用日益廣泛，但復(fù)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(fù)合開關(guān)運(yùn)行時(shí)的安全、可靠性問題沒有從根本上得到解決，嚴(yán)重地影響了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于復(fù)合開關(guān)的硬件門檻并不高，從2005年初到2012年底，全國(guó)的復(fù)合開關(guān)的生產(chǎn)廠家由當(dāng)初的兒家迅猛增加到數(shù)十家，復(fù)合開關(guān)的應(yīng)用從當(dāng)初的嘗試階段逐漸轉(zhuǎn)為大面積推開?，F(xiàn)場(chǎng)看過諸多廠家復(fù)合開關(guān)的運(yùn)行現(xiàn)狀，很多復(fù)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(fù)合開關(guān)在運(yùn)行2-3年后有20%-4

4、0%左右出現(xiàn)故障。更為嚴(yán)重的是，約3%-10%的復(fù)合開關(guān)在投運(yùn)初期或使用過程屮出現(xiàn)炸裂損壞，造成了主變0.4kV進(jìn)線斷路器跳閘或線路損壞等諸多風(fēng)險(xiǎn)。3傳統(tǒng)的復(fù)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(bǔ)償裝置配置容量為12??Okvar,補(bǔ)償裝置主開關(guān)采用500A的塑殼斷路器。無功補(bǔ)償裝置屮的投切開關(guān)采用低壓復(fù)合開關(guān)。配電系統(tǒng)運(yùn)行兩個(gè)月后，部分復(fù)合開關(guān)出現(xiàn)故障且有明顯的燒灼痕跡，同時(shí)補(bǔ)償裝置進(jìn)線塑殼斷器出現(xiàn)了多次跳閘。2008年5月17口，我單位

5、受托對(duì)無功補(bǔ)償裝置故障問題進(jìn)行分析和查找，采用電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)補(bǔ)償柜進(jìn)線電流進(jìn)行實(shí)時(shí)錄波監(jiān)控。2008年5月18H,又有其它復(fù)合開關(guān)出現(xiàn)故障，同時(shí)補(bǔ)償裝置斷路器跳閘。經(jīng)查電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置的錄波數(shù)據(jù)，清晰地反映了復(fù)合開關(guān)在出現(xiàn)故障瞬間補(bǔ)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(fù)合開關(guān)由于出現(xiàn)異常導(dǎo)致不可控，給用電單位甚至配電系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的安全隱患。附：復(fù)合開關(guān)在電壓過零偏移50us處導(dǎo)通時(shí)的沖擊波形，如圖1所ZJO圖1復(fù)合開關(guān)在電壓過零偏移50us處

6、導(dǎo)通時(shí)的沖擊波形4復(fù)合開關(guān)運(yùn)行故障問題分析低壓智能復(fù)合開關(guān)出現(xiàn)運(yùn)行故障，一般有以下幾方面的原因：（1）設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境惡劣，如運(yùn)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(fù)合開關(guān)自身質(zhì)量缺陷的影響。從現(xiàn)場(chǎng)采集的信息來看，產(chǎn)品自身質(zhì)量的缺陷是復(fù)合開關(guān)運(yùn)行故障最主要的原因?，F(xiàn)就對(duì)復(fù)合開關(guān)的工作原理進(jìn)行剖析：低壓復(fù)合開關(guān)的主要實(shí)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(duì)可控硅和磁保持繼電器進(jìn)行時(shí)序控制，動(dòng)作步驟如卜1（1）初始時(shí)刻，

7、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(shí)，CPU控制可控硅在電壓過零點(diǎn)瞬間導(dǎo)通并持續(xù)導(dǎo)通,此時(shí)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(dān)任長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)流任務(wù)。（4）切除電容器時(shí)，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(shí)可控硅擔(dān)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(hào),控硅在電流過零自動(dòng)斷開，完成一次投、切過程的全部動(dòng)作。通過其基本工作原理可以看

8、出：復(fù)合開在電壓過零處投入電容器、退出電容器時(shí)在電流過零處，具備電壓過零投入、電流過零退出的特性。可控硅與磁保持繼電器的動(dòng)作時(shí)序均由CPU（中央處理單元）協(xié)調(diào)。無功補(bǔ)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(bǔ)償裝置中復(fù)合開關(guān)所接負(fù)載為電容器，異常干擾可使CPU失效致一次元件動(dòng)作時(shí)序失控，導(dǎo)致復(fù)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(shí)過流現(xiàn)象，引起復(fù)合開關(guān)炸裂甚至配變進(jìn)線斷路器跳閘的嚴(yán)重后果。5硬件和軟件實(shí)施方案的提出復(fù)合開關(guān)設(shè)計(jì)最核心的問題就是可