基于相控技術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

（中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

隨著電網的快速發展，人們對電網穩定性提出了越來越高的要求，電力系統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象，極易對容性設備及感性設備造成不良沖擊，縮短電容器、電抗器、變壓器及輸電線路等的使用壽命，從保證電網穩定性角度考慮，亟需改善此種情況。

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

1 容性負載的最佳關合角度

電力系統中的容性負載如空載電容器等設備，由于兩端電壓不能突變，為了盡可能降低系統電壓突變引起的過電壓及涌流，對于接地系統，應該在系統各相電壓過零點處依次完成關合操作；對于不接地系統，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合。

（1）中性點接地系統。

對于接地系統的電容器組，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

故中性點接地系統在各相的系統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。

對于中性點不接地系統，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。中性點不接地系統如圖2所示。

圖2 中性點不接地系統

中性點不接地系統中，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 并聯電抗器關合策略

電力系統中的感性負載如電抗器等，根據感性負載的特點，磁通不能突變，在關合閘瞬間，由于系統電流發生突變，感性負載的磁路中會產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，感性負載的合閘操作應該在各相電壓數值最大處，而對于三相不接地系統，其中兩相則應該在感應磁通可以相互抵消相位處關合，剩余一相依然在其后電壓數值最大處關合。

（1）中性點接地系統。

星形接地并聯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。

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°的時候同時關閉，C相在90°或150°（1/4周波的倍數）時，即電壓差達到最大值的時候關閉。

3 結語

圖3 中性點接地電抗器

圖4 中性點不接地電抗器

電力系統中斷路器的隨機投切操作會對系統中的感性負載與容性負載產生幅值很大的過電壓與涌流，采用智能選相控制系統，斷路器具備相控能力，可以在對系統有利的相位實現投切，改善了系統的暫態沖擊，有利于系統穩定。人們對電網穩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能夠顯著減少甚至消除分合閘操作對電網產生的不利影響，減少對電網的暫態沖擊。