基于相控技術(shù)的容性負載與感性負載分合閘控制策略

李文強 崔 燦 余 淼 李世偉

（中國能源建設(shè)集團安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對電網(wǎng)穩(wěn)定性提出了越來越高的要求，電力系統(tǒng)中斷路器的隨機分合閘容易造成破壞性極大的涌流以及過電壓現(xiàn)象，極易對容性設(shè)備及感性設(shè)備造成不良沖擊，縮短電容器、電抗器、變壓器及輸電線路等的使用壽命，從保證電網(wǎng)穩(wěn)定性角度考慮，亟需改善此種情況。

選相智能化控制可以控制每次開關(guān)動作都在預定相位進行，是限制瞬態(tài)過電壓和涌流、提高電能質(zhì)量的有效解決方案，而開關(guān)最佳投切時間與負載的性質(zhì)（容性、感性）相關(guān)，同時也與系統(tǒng)是否接地有關(guān)。

1 容性負載的最佳關(guān)合角度

電力系統(tǒng)中的容性負載如空載電容器等設(shè)備，由于兩端電壓不能突變，為了盡可能降低系統(tǒng)電壓突變引起的過電壓及涌流，對于接地系統(tǒng)，應該在系統(tǒng)各相電壓過零點處依次完成關(guān)合操作；對于不接地系統(tǒng)，則應使其中兩相在電壓可以相互抵消時進行合閘，剩余一相在電壓過零點處關(guān)合。

（1）中性點接地系統(tǒng)。

對于接地系統(tǒng)的電容器組，各相電壓之間獨立性較高，理想的合閘相位位于各相系統(tǒng)電壓的過零點附近，實際工程中可按照A-C-B（C-B-A或B-A-C）的順序完成合閘，各相之間的合閘相位差異相對小，系統(tǒng)的非全相運行時間盡量短。中性點接地容性負載目標合閘相位如圖1所示。

圖1 中性點接地容性負載目標合閘相位

故中性點接地系統(tǒng)在各相的系統(tǒng)電壓過零點時依次完成合閘，互差30°（1/6周期，3.3 ms，工頻50 Hz）。

（2）中性點不接地系統(tǒng)。

對于中性點不接地系統(tǒng)，單相操作沒有多大影響，因為電容器沒有接地回路，所以回路中不會有電流產(chǎn)生。當兩相投入時，加在電容器兩端的電壓是兩相電壓的疊加，為使疊加電壓為零，應該選擇在兩相電壓數(shù)值相等、相序相反時合閘，而第三相投入時則應該選擇第三相電壓零點處。中性點不接地系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 中性點不接地系統(tǒng)

中性點不接地系統(tǒng)中，A相和C相同時在UA的30°處合閘，則a、c同時施加上相同幅值的電壓，故Cca分支沒有電流流過，同理，由Cab、Cbc構(gòu)成的分支也無電流流過，在相對于UA的120°處，即滯后于同時合閘的A、C兩相1/4周波后，B相合閘，此時a、c點電壓幅值相同但相位相反，同時b點瞬時電壓為0，避免了涌流沖擊。

2 并聯(lián)電抗器關(guān)合策略

電力系統(tǒng)中的感性負載如電抗器等，根據(jù)感性負載的特點，磁通不能突變，在關(guān)合閘瞬間，由于系統(tǒng)電流發(fā)生突變，感性負載的磁路中會產(chǎn)生非周期性的感應磁通以抵消這種變化，與剩磁疊加后的總磁通會超過飽和磁通，產(chǎn)生很大的勵磁涌流，所以應該選擇預感應磁通等于磁路剩磁時進行關(guān)合閘操作，磁通與電壓之間的相位差為90°，與容性負載正好相反。對于接地系統(tǒng)，感性負載的合閘操作應該在各相電壓數(shù)值最大處，而對于三相不接地系統(tǒng)，其中兩相則應該在感應磁通可以相互抵消相位處關(guān)合，剩余一相依然在其后電壓數(shù)值最大處關(guān)合。

（1）中性點接地系統(tǒng)。

星形接地并聯(lián)電抗器通常通電是在源電壓接近在峰值電壓的時候，每一相的峰值電壓對于相位A發(fā)生在90°、30°、150°處。中性點接地電抗器如圖3所示。

（2）中性點不接地系統(tǒng)。

最高電壓充電的策略同樣適用。中性點不接地電抗器如圖4所示，A和B相通過三角形連接，UA、UB電壓在UA波形60°的時候同時關(guān)閉，C相在90°或150°（1/4周波的倍數(shù)）時，即電壓差達到最大值的時候關(guān)閉。

3 結(jié)語

圖3 中性點接地電抗器

圖4 中性點不接地電抗器

電力系統(tǒng)中斷路器的隨機投切操作會對系統(tǒng)中的感性負載與容性負載產(chǎn)生幅值很大的過電壓與涌流，采用智能選相控制系統(tǒng)，斷路器具備相控能力，可以在對系統(tǒng)有利的相位實現(xiàn)投切，改善了系統(tǒng)的暫態(tài)沖擊，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。人們對電網(wǎng)穩(wěn)定性提出了越來越高的要求，廣泛應用斷路器選相分合閘技術(shù)能夠顯著減少甚至消除分合閘操作對電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響，減少對電網(wǎng)的暫態(tài)沖擊。