选相断路器的外部变量补偿研究

本文通过搭建550kV断路器选相控制试验平台,分别研究了选相控制器自身准确度、断路器分闸/合闸时间分散性、外部变量对断路器分闸/合闸时间的影响,获取了控制电压、环境温度、机构油压、间歇时间和气室压力这5个环境变量的补偿曲线,通过在选相控制器中植入外部变量补偿功能,实现选相控制器根据外部变量自动修正断路器的分闸/合闸时间,达到了在预期相位分闸/合闸断路器的目的,提高了高压断路器选相控制的准确性。     

相控断路器选相关合问题分析及应用研究

选相合闸技术能大大降低断路器合闸操作过程中的暂态过电压和涌流,提高电力设备寿命及电力系统的稳定性,在超、特高压系统中得到了大力发展和应用。伴随着应用增多、挂网运行时间增长,提前预击穿、过电压/涌流增大等选相关合问题时常发生。以相控断路器为研究对象,针对其在选相关合过程中出现的问题,采用理论分析及试验验证方法,结合选相控制技术的基本理论和原理进行了原因分析。实际合闸时间偏离预期合闸时间较大是导致相控断路器选相关合问题发生的根本原因。     

高压交流断路器选相合闸不稳定因素分析∗

通过试验数据研究影响高压交流断路器选相合闸不稳定的因素.经过分析发现,高压交流断路器选相合闸的不稳定性主要决定因素是断路器合闸时间的分散性,其次是S F6气体预击穿特性,但选相控制器合闸时间的分散性也不可忽略.该研究成果为后续开展选相合闸技术研究提供经验参考.     

特高压直流换流站选相合闸控制装置现场调试技术

结合向家坝—上海±800 kV直流输电工程从选相合闸控制装置的工作原理入手,针对断路器合闸过程中的预击穿特性以及环境温度和操作电压对断路器合闸时间的影响,建立了适用于选相合闸控制器测试的典型断路器合闸时间模型,提出了选相合闸控制装置性能测试的现场调试方法,并研制了选相合闸测试仪。最后将所提调试方法应用于向上直流工程复龙换流站的现场调试中,试验结果表明该方法能及时发现并消除设备缺陷,从而验证了该调试技术的可行性和有效性。     

相控开关技术在电力机车自动过分相中的应用研究

同步选相分合闸即相控开关技术能够根据不同负载特性控制断路器在电流或电压的特定相位完成分、合闸。利用此项技术解决电力机车自动过分相时开关转换过程中产生的过电压和涌流问题,从理论分析及仿真验证两方面证明,同步分合闸可以有效地缓解暂态过程对电力系统及机车设备的冲击,避免过电压、过流造成的牵引变电所保护跳闸,提高了系统电能质量及电气化铁路的运行可靠性。     

相控开关技术在电力机车A动过分相中的应用研究

同步选相分合闸即相控开关技术能够根据不同负载特性控制断路器在电流或电压的特定相位完成分、合闸。利用此项技术解决电力机车自动过分相时开关转换过程中产生的过电压和涌流问题,从理论分析及仿真验证两方面证明,同步分合闸可以有效地缓解暂态过程对电力系统及机车设备的冲击,避免过电压、过流造成的牵引变电所保护跳闸,提高了系统电能质量及电气化铁路的运行可靠性。     

±800kV侨乡换流站500kV交流滤波器小组断路器选相合闸问题分析

±800 k V侨乡换流站500 k V交流滤波器562、583小组断路器选相合闸功能投入后,出现无法在电压过零点进行准确合闸的问题。通过分析断路器选相合闸装置的功能原理和实际配置,进行了断路器机械性能和带电分合等试验,认为选相合闸装置的电气合闸时间要短于机械合闸时间,选相合闸的定值整定应适当考虑预击穿时间,必须对断路器的机械特性、预击穿特性进行试验验证,才可以确定正确定值序列,同时保留合理裕度。在合理设置选相合闸控制定值后,最终实现交流滤波器在电压过零点准确合闸。     

二分之三接线方式下选相合闸装置回路优化

结合换流站二分之三接线方式下,进行直流系统顺序控制操作时,出现中断路器直流顺序控制终止,选相合闸装置闭锁中断路器同期操作问题。就此,分析断路器控制回路并提出选相合闸装置回路优化方案,适应断路器顺序控制要求,以利于倒闸操作及事故处理。     

基于合闸录波提高交流滤波器断路器合闸时间稳定性措施及应用

交流滤波器是高压直流输电工程的重要组成部分,为直流输电提供无功补偿发挥着重要作用。交流滤波器合闸涌流及过电压对直流输电系统的影响很大,断路器合闸时间分散性大造成交流滤波器合闸涌流及系统过电压的问题在国内直流输电工程中普遍存在。为了提高交流滤波的运行可靠性,减小交流滤波器合闸涌流及过电压,研究交流滤波器断路器合闸分散性影响因素及改进措施具有重要的工程意义和应用价值。文中分析研究了交流滤波器断路器合闸时间分散性产生的涌流及过电压对电力设备及高压直流输电系统的影响,针对国内外选相合闸技术的发展以及选相控制技术应用中效果不理想的实际问题,进行了交流滤波器断路器合闸时间分散性影响因素和改进措施的研究。     

相控断路器投切10kV并联电容器的应用

近年来,变电站真空断路器投切10 k V并联电容器组时发生了多起断路器或电容器炸裂事故,在更换断路器和改善保护措施后,此类事故还是屡禁不止。为减少该工况下绝缘事故的发生,重庆市某110 k V变电站采用分相控制技术的永磁机构真空断路器来抑制投切电容器组时的合闸涌流和降低分闸重燃概率。相控断路器是抑制并联电容器合闸涌流与分闸过电压的重要措施之一。为了验证该技术的有效性,首先基于电路理论分析了合闸角对合闸涌流的影响以及分闸过电压机理,之后在重庆市某110 k V变电站针对某种型号相控断路器与普通真空断路器合(分)闸10 k V并联电容器进行了一系列的现场试验研究。试验结果表明:相控断路器的控制精度高(合(分)闸误差均在±0.3 ms以内);普通真空断路器的合闸涌流高达4.5倍额定电流,而相控断路器的合闸涌流均在2.4倍额定电流以下;控制分闸技术能够保证首开相的工频续流开断时断路器断口间有足够的开距,降低重燃发生的概率,从而提高系统运行的安全性与可靠性。     

高压断路器选相合闸方法研究

针对电气设备分相投切时产生暂态过电压、过电流,尤其是换流变压器等电磁耦合类设备单相合闸时引起励磁涌流的问题,提出了计及电磁耦合影响的高压断路器三相合闸方法。该方法考虑电磁耦合效应对单相合闸的影响,以换流变压器断路器投切为例建立选相合闸的计算模型,对于换流变压器不同接线方式,分别计算逐相合闸过程中各相电压幅值和相位的变化,按电磁耦合影响最小的原则确定选相合闸控制方法。利用高压直流工程仿真和现场运维实例验证,结果表明:相比现行的单相合闸策略,采用计及电磁耦合影响的三相合闸方法,换流变压器空载合闸时暂态过电流减少明显,充电励磁电流波形较为平滑,抑制了励磁涌流的产生。     

特高压直流换流站选相合闸装置现场参数整定及测试方法

介绍了特高压直流换流站选相合闸装置的基本原理,分析了理想合闸时刻、断路器机构离散特性以及合闸不同期等因素对选相合闸性能的影响。在此基础上,提出了选相合闸装置的整定原则;针对目前特高压直流换流站选相合闸装置还缺乏足够有效现场试验手段和方法的问题,提出了一种通过将继保测试仪输出电压、电流与一次开关、选相合闸装置及站内故障录波装置串联并实际带选相合闸二次控制回路试验的,不需增加硬件成本的选相合闸装置性能及二次回路现场试验方法。祁韶(酒湖)±800k V特高压直流输电工程韶山换流站现场应用表明该方法有效、可行。     

断路器选相合闸装置现场参数整定及测试方法

介绍了断路器选相合闸装置的基本原理、时间参数整定原则,分析了容性负载及感性负载的理想合闸时刻及控制时序。在此基础上,提出了利用继电保护测试仪进行断路器关合时间测试的方法及利用继电保护测试仪输出电压与开关位置、选相合闸装置、故障录波装置相结合的选相合闸性能测试方法。通过工程实例验证了试验方法的可行性及有效性。     

特高压相控断路器关合性能研究

理论上相控开关技术能有效降低特高压输电系统空载线路合闸操作过电压,但实践操作中,断路器预击穿特性、机械分散性和线路拓扑结构的变化等因素都会影响选相操作的效果,一定程度上阻碍了相控技术在特高压系统的发展。传统方法很难确定相控断路器的关合性能与输电线路的故障率之间的定量关系。因此,在用统计法计算线路故障率的基础上,提出一种应用自适应神经模糊推理系统(adaptive-network-based fuzzy inference system,ANFIS)评估相控断路器关合性能的方法。该方法通过神经模糊推理系统,建立影射相控断路器性能参数和特高压线路故障率关系的模型。通过计算分析,该模型的结果符合特高压系统的精度要求。利用此模型,一方面可以预测不同断路器预击穿特性、机械分散性和不同线路拓扑结构下的线路故障率;另一方面,可以分析在不同故障率要求下的断路器关合性能参数要求,给特高压相控断路器的设计制造提供依据。     

变电站高压断路器新型选相控制器研究

跳合闸相位控制是抑制高压断路器操作对自身和系统冲击的重要手段。为了适应变电站采样方式变化和高电压等级跳合闸相位控制准确度、可靠性要求提升,改进了独立选相控制器方案。研究了基于微控制器、FPGA协同的IGBT、继电器独立操作与混合出口,据此设计新回路与板件。提出了基于复向量提取的频率相位测量算法,用于目标点准确计算。改进方案提升了选相控制器控制准确度,提高了耐受电磁干扰能力。经过仿真分析与试验验证,所研究的选相控制器可以在目标点准确操作断路器,验证了改进方法的有效性。     

混合型相控开关在地面自动过分相中的应用

现有地面自动过分相方案受传统开关及分相区的限制,在供电臂切换的过程中存在暂态过电压和励磁涌流的现象,供电死区时间长,导致辅助供电系统频繁启停。混合式高压复合开关具有很强的通流能力和较高的分断、过载可靠性,其中由全控型电力电子器件构成的相控单元能够实现在某一选定相位确地开断,克服了传统开关的缺点。结合混合式高压断路器特性和分相区结构,设计新型地面自动过分相系统,针对机车不同的运行方向制定不同的相控分合闸方案,从而抑制过电压和主变压器的励磁涌流,实现机车辅助供电系统不断电过分相。利用变压器饱和特性分析关合时间窗的大小,通过对机械开关关合特性的讨论,修正预击穿影响下的关合时间窗。基于MATLAB/Simulink建立牵引电网和CRH5型机车模型,对所提相控方案进行仿真,对比分析投切方案的不同暂态过程,最后建立选相控制试验平台,验证方案的有效性。     

高压断路器电磁类型操动机构的位移跟踪技术研究

采用选相开关技术,可抑制电力系统暂态过程。实现断路器的位移按照给定曲线运动,降低合闸分散性,提高选相精度。传统的永磁式选相开关采用黑盒控制模型,存在控制器参数选取较困难、控制精度较低等问题。为此,建立永磁操纵机构内部数学模型,将电磁场与力场耦合,设计双闭环控制器。在Simulink中搭建仿真控制模型,改变外部电容电压,对比传统的黑盒控制模型,双闭环控制模型精度较高。以DSP28335为主控芯片,设计硬件控制系统,搭建实验平台,进行大量合闸控制实验。实验结果表明,采取上述的控制策略,可有效的实现断路器位移跟踪控制,将断路器的合闸时间的分散性控制在±0.5 ms。     

HVDC换流站投切交流滤波器用断路器特殊性能要求

高压直流换流站内交流滤波器组容量大,投切频繁,因此对投切它的断路器的要求有别于常规交流断路器。文中以国内多个已建高压直流工程成套设计为基础,总结换流站投切交流滤波器的各种工况,并利用EMTDC建立模型进行仿真计算,对交流滤波器用断路器的恢复电压、合闸涌流以及开断容性电流等特殊要求进行研究,认为对于高压直流换流站投切交流滤波器用断路器,应增加型式试验和容性电流开断试验,小组断路器应配置选相合闸装置或加装合闸电阻。     

基于SF_6断路器动态击穿特性的选相合闸技术

为了进一步降低电容器组及其投切开关的合闸涌流与过电压,介绍了一种改进的SF_6断路器合闸动态击穿特性(预击穿特性)测量方法,并根据合闸动态击穿特性与合闸时间的分布范围,制订了选相合闸策略。研制了1套最高输出电压400 k V的击穿特性测量装置,在1次合-分闸操作中可同时获得断路器在合闸与分闸操作过程中触头间隙的动态击穿特性;对1台126 k V SF_6断路器进行了试验研究,成功获得了该断路器的合闸动态击穿特性;根据该断路器的合闸动态击穿特性与合闸时间的分散性,制定了相应的选相控制策略;理论分析证明考虑断路器特性以后,最大预击穿电压下降了0.015 8~0.336 2(标幺值),合闸时刻的分布范围降低了0.02~0.35 ms;试验结果表明,该控制方案满足设计要求。     

西门子公司高压断路器的发展

西门子不断发展高压SF_6断路器。近期的发展主要表现在如下诸方面: 1.开发罐式断路器长期以来,西门子公司开发瓷柱式SF_6断路器。800kV、50kA和550kV、100kA瓷柱式SF_6断路器早已在国外投运。为了适应国外市场需求,特别是多地震国家的需要,开发了罐式断路器系列产品。该公司为我国一电站提供550kV、63kA罐式断路器。 2.采用同期合闸(选相合闸)取代合闸电阻为了限制合闸过电压,原先采用合闸电阻。现采用同期合闸,可使之在最有利的时刻合闸,这样可取掉合闸电阻,简化结构,降低合闸过电压,提高运行可靠性。 3.开发热膨胀式SF_6断路器