10kV单台3极开关第一步的总结

10kV 的智能电容器装置的第一步的总结 1 项目名称 10kV 的智能电容器装置 2 项目介绍 该项目投切电容器的开关为大量应用的普通电磁单台三极开关 智能就是要 用同步开关的理念 达到闭合开关没有冲击电流 但是不是通常意义的 3 个单极开关在 电网电压为零时的分别同步动作 而是采用特殊的预充电技术 使得单台 3 极开关三个 触点的电位在特定的时刻同时为零闭合 打开 没有电流冲击 由于投入瞬时两个触点 上的电压为电网线电压的峰值电压 所以 在背靠背投切也没有电流冲击 装置所用开 关的参数 如果满足下面提出的投切电容器的特殊 4 项参数要求 也就不会出现预击穿 重燃的故障 只有采用预充电技术 单台 3 极开关才可以达到没有电流冲击投切电容器的效果 预充 电技术为投切开关将要闭合时 有两相支路投入预充电电路 使得电容器预充电到峰值电压 闭合开关投入时 没有电流冲击 预充电电路是由二极管和限流电阻组成并联在主回路的触 点两端 该技术获得发明专利 国内没有应用的 国外也没有产品在国内应用 如果有某个 公司宣布采用普通单台 3 极开关没有电流冲击投切电容器 就意味着侵权 该项目在 10kV 电网应用 不在 400V 低压电网实施 原因 400V 已经有大量的单极永磁 继电器开关的 智能电容器 产品 10kV 电网有少量 3 台单极开关 没有单台三极开关 10kV 有用户补偿 线路补偿和配电站补偿 需要量也不少 做好 10kV 智能电容器 就为做 35kV 智能电容器做好了准备 10KV 的智能电容器采用 4 个步骤完成 1 用新驱动线圈电路替代现有的控制电路 新的驱动线圈电路采用我们的发明专利 用于普通电磁接触器的同步开关控制电路 专利号 201210004876 4 新驱动线 圈电路做成产品 克服现有电磁线圈控制电路的缺点 提升普通电磁接触器的投切 特性 实现接触器投切电容器没有预击穿和重燃 2 用新驱动电路控制接触器 主回路采用我们的发明专利 基于单台三极同步开关 的智能型无功补偿装置 专利号 201210066279 4 达到用单台 3 极开关实现同步 开关投切电容器没有冲击电流的效果 是准点同步投切 做成产品品 3 实现上述两步后 再增加电容器的多重保护电路 过流 过压 不平衡和通讯功能 等 做成产品 4 实现上述 3 步后 再增加故障滤波功能 做成产品 采用最大投切工作电流为 500A 接触器额定电流为 630A 的成套智能型电容器补偿装置 做产品认证试验 认证和现场运行成功 参与新装置的标准制定 批量生产装置 做好 用接触器的开关形式 也探索 10kV 的断路器的投切 10kV 智能电容器做好后 准备做 35kV 的智能电容器装置 整个过程探索产业化的发展模式 如何调动各方积极性和努力 形成良好的合作关系 协调发展 3 第一步任务 完成对于 10kV 单台 3 极接触器线圈的驱动 考核新的驱动器的投切工作效 果 观测各个接触器厂家的产品的特点 新的驱动器的适用场合 销售价格 新的驱动 器要达到性能优秀 价格合理 为第二步的准点同步投切打好基础 4 投切电容器的现状 电力电容器协会在 1912 年的协会年会总结中讲到普通单台 3 极机械 开关投切电容器占了全部投切开关的 80 我分析在电容器质量好 场强设计合理 耐 压余量足够情况下 电容器仍然出现损坏 其中大多数损坏是在机械开关的投和切时产 生的 在投和切的两种状态 切除的故障又大于闭合的故障 投入故障为预击穿和弹跳 还有许多倍的电流冲击和更高倍的背靠背的电流冲击 ABB 公司讲到额定电流为 23 1A 的电容器装置 单台投切电流合闸涌流 600A 频率 920Hz 背靠背投切电流合闸涌流 1800A 频率 4280Hz 切除故障为重燃 重燃故障时出现系统 开关 电容器等的灾难 性故障 接触器投入要求电容器电压为零 投入时 投入触点两端电压为 1 倍相电压的 峰值 打开时由于电容器存在峰值电网相电压 触点两端电压大约为电网交流电压和电 容器的直流电压 触点最高电压为两倍相电压的峰值 所以 应该说打开的危险更大 开关闭合弹跳 使得电容器上有数倍的电压 影响电容器的寿命 开关弹跳行业的状态 断路器 2ms 还可以 接触器为 5ms 接触器的指标要求太松了 还有几乎所有的开关 厂都不做位移曲线 位移曲线为开关触点在闭合和打开时触点间的距离随时间变化的曲 线 测量了触点随时间变化的位移波形曲线 也就显示了开关的速度曲线和加速度曲线 开关厂不做位移曲线 原因一是没有位移传感器 二是不会用示波器捕捉位移波形 不 知道做位移曲线的重要性 由于不做位移曲线 不知道开关触点在闭合前 10ms 和打开后 10ms 的触点位移占满量程的百分比 虽然出厂的都是合格的产品 但是可能存在严重的 重燃危险 5 用于投切电容器的接触器开关的参数要求 主要有四点 1 是接触器闭合要快 指触点的位移要快 观察触点闭合前 10ms 的位移占满位移的百 分比 有 45 就可以 百分比越大越好 触点电位为零闭合的时刻向前推 10ms 为触点的最 高电压 所以要观测这点位移的百分比 触点电压 42kV 其峰值 59 3kV 电网 11 5kV 相 电压的峰峰值为 18 8kV 占打压 42kV 峰值的 32 2 是接触器打开要快 指触点的位移要快 观察是触点打开后 10ms 的位移占满位移的 百分比 有 50 就可以 百分比越大越好 触点打开后 10ms 为触点电位最高 所以要观测 这点 触点电压 42kV 其峰值 59 3kV 电网 11 5kV 相电压的峰峰值为 18 8kV 占打压 42kV 峰值的 32 3 是闭合弹跳要小 长期动作在 2ms 内最好 5ms 的弹跳 引起电容器上的电压不断升 高 影响电容器的寿命 4 是打开回弹的百分比要小 在 20 以内 回弹大触点的距离减小容易重燃 对于接触器国标还有许多指标 如三个触点动作的一致性 真空泡的真空度 真空泡的 老化 消除毛刺引起的重燃 真空泡的抗闭合的电流冲击和抗短路电流的能力等 凡是国标 的要求都要满足 不然就不是合格的产品 希望采用优质的真空泡 但是我们对于投切电容 器的接触器更关心以上 4 点 满足上述 4 个指标 可以做到没有预击穿和重燃的危险 由于做不到快速打开接触器 国标对于接触器的重燃指标只要是偶然出现重燃就可以 不要求没有重燃的产品 单台 3 极 开关投切电容器的专利是在 2012 年的 3 4 月申请的 三年过去了 没有在 10kV 电网应用 原因没有看到满足投切参数要求的接触器 6 分析原线圈驱动电路的动作问题 电路图如下 图 1 现有的接触器的控制电路图 该电路的动作原理 电路有合闸线圈 KM1 KM2 和保持线圈 KM1 KM2 合闸线圈与保 持线圈的匝数比为 1 5 及辅助触点 KM 220V 交流电经全桥整流给线圈供电 首先 由于常 闭触点 KM 闭合 给合闸线圈 KM1 KM2 供电 接触器闭合 电流大约 5A 电磁力克服弹簧阻 力 开关闭合 常闭辅助触点 KM 打开 保持线圈 KM1 KM2 也得电 电流在 0 5A 接触 器保持闭合 线圈断电 弹簧的机械力打开接触器触点 原线圈控制的电路有以下 3 个问题 合闸线圈和保持线圈是绕在同一个铁芯上的 合闸 线圈和保持线圈有变压器效益 在合闸线圈得电时 保持线圈通过辅助触点 KM 短路 保持 线圈也要产生电流 此电流产生的电磁力是阻止合闸线圈的吸合力的 使得合闸的时间加长 在辅助触点 KM 打开时 由于线圈电感的电流突变 产生很大的打开电压 此电压有人测量 有 2kV 靠两个压敏电阻和电容器吸收 辅助触点 KM 打开时的巨大电流变化 影响辅助触 点 KM 的寿命 也就是说该辅助触点是薄弱环节 断电 接触器打开 合闸线圈和保持线圈 的电流通过整流桥放电 放电的时间常数为 L R 时间长 吸合接触器的电流逐渐减少 电 磁吸力逐渐减少 接触器打开动作慢 通过上述分析 现有电磁接触器控制电路不理想 下面采用我们公司的发明专利 用 于普通电磁接触器的同步开关控制电路 专利号 201210004876 4 的方法 简称新驱动线 圈电路 对上述接触器线圈进行驱动 不要保持线圈 只用吸合线圈 新电路完成 3 个功能 一是全压强力磁 电流可到 5A 吸合继电器 二是节能保持 保持电流为 0 4A 第三电容器 和电感线圈形成 LCR 震荡 快速将电感的磁能转变成电容器的电场能 快速打开接触器 用 新的驱动器测量接触器的动作特性 发现控制平稳快速 没有冲击 原有接触器不变 测量 接触器的运行的参数有显著提高 7 现在测量 4 家接触器厂家的产品终于看到了有厂家可以生产出满足参数要求的接触器 下面是 4 个厂家产品的测量结果 厂家类型 闭合时间 ms 闭合前 10ms 的 弹跳 ms 打开后 10ms 的 回弹 打开时间 ms 厂家 1 电磁 88 852 52 87515 7 69 2 机械保持 原始 78 4554 63 2110 7 40 712 4 机械保持 新驱动 73 854 633 1597 0 28 22 6 厂家 2 电磁 94 535 2 48 183 1 5 158 9 23 0 58 3 电磁 新驱 动 67 952 94 965 814 619 厂家 3 电磁 72 341 35 1 2 9812812 4 厂家 4 电磁新结构 类似塑封 8562 61 488 4015 9 第一个厂家的产品电磁保持接触器弹跳大 回弹的百分比 大 机械保持的打开回弹为 40 7 过大 弹跳也大 3ms 采用新的驱动器 回弹小了为 28 第二个厂家 电磁保持的合闸速度不快 闭合前 10ms 的百分比为 35 2 48 18 弹 跳 3ms 改用新的驱动电路 性能有所提高 闭合前 10ms 的百分比为 52 9 打开后 10ms 的百分比有 58 9 升为 65 8 闭合时间由 94 5ms 减到 67 9ms 打开时间由 58 3ms 减到 19ms 打开回弹由 23 减到 14 6 第三个厂家采用新的驱动电路 测量接触器的缺点为闭合速度过慢 闭合前 10ms 的百 分比为 41 35 打开的回弹大为 28 弹跳指标一般讲可以 但是运行几次会出现 2ms 的弹跳 第四个厂家 最初测试合闸速度慢 发现速度慢后 马上将吸合铁芯加大 增加力量 使得所有 4 项指标都达到了要求 这意味着如果采用的真空泡可以满足冲击电流的冲击 那 么 该接触器在运行中不会发生预击穿和重燃的故障 是一款非常适宜投切电容器的接触器 在以后的产品销售中 有可能增加销价 为公司得到更多的利润 8 新的驱动器放在 128 70 43mm 的铝壳内 如下图 从壳体的两端引出连线 需要连接在端子上 一端电源端 4 颗线 交流 AC220V 的两颗线 L N 线圈 A1 A2 两颗线 只有启动线 圈 没有保持线圈 另一端控制端 2 颗线 命令线 COMMA 0 COM 直流电源 9V 0 9V 电路内已将 0 COM 和 0 9V 连接 命令线 COMMA 和直流电源 9V 间连接开关 S1 线路接好 送电 AC220V S1 通 线圈得电 则接触器闭合 S1 打开 线圈失电 接触器打开 开关电磁线圈驱动器的外壳接地 防止干扰 接线图如下 9 新的接触器线圈驱动器的销售 分析电磁保持的接触器 采用新的线圈驱动器