低压无功补偿装置复合开关的分组投切

低压无功补偿装置复合开关的分组投切【摘要】本文针对国内现有低压无功补偿装置的运行现状，结合无功补偿装置的实用性，经济性和可靠性，对现有补偿装置的分组投切开关进行研究改进，提出将机械式投切开关(MSC)与无触点电子开关（TSC）相结合组成复合开关，共同控制电容器组的投切，实现对低压电网的环保、高效、安全可靠的智能无功补偿控制。

【关键词】低压无功补偿；复合开关；分组投切

电网功率因数偏低已成为当今供电领域迫切需要解决的重要课题之一。无功补偿是维持电网电压稳定，维护电力系统安全运行的重要手段。目前，国内集中无功补偿装置研究多以高压系统为主，而针对低压分组投切的装置，国内目前仍多以交流接触器(MechanicalSwitchingCapacitors-MSC)作为电容器投切开关为主[1]，也有一些场合选择双向可控硅（ThyristorSwitchCapacitor?TSC）来控制。关于MSC投切和TSC投切的工作特点及性能对比，见表1所示：

结合目前我国低压电网运行的现状，针对无功补偿装置实际运行中存在的投切涌流大、投切效率低、控制方式落后等问题，笔者提出将机械式投切开关与无触点电子开关相结合(即MSC+TSC)组成复合开关，应用于无功补偿装置，共同控制电容器组的投切。

1.TSC+MSC复合开关的工作原理

(a)TSC+MSC结构(b)TSC+MSC接线形式

图3TSC+MSC投切开关

图3所示为TSC+MSC投切开关接线结构，该装置结构由晶闸管主电路与交流接触器主接点并联形成，工作时动作次序为：

1)投入时：选择电压过零时刻触发晶闸管，将电容器接入电网并保持，继而吸合交流接触器并保持，待电路稳定，再断开晶闸管。

2)切除时：先触发晶闸管导通，然后断开交流接触器，最后切除晶闸管的触发信号，在电流过零时使晶闸管自然关断。

3)缺相指示：运行前电压或电流缺相，吸合LED闪烁告警频率，0.5秒/次，运行中电压或电流缺相，吸合LED闪烁告警，频率1秒/次。

2.TSC+MSC复合开关的控制特点

将电容器投切和运行的不同特性，分为暂态和稳态两个过程，分别采用不同特性的器件进行控制。

2.1暂态开关—可控硅

利用晶闸管的易控和无触点特性，使反向并联晶闸管工作在电容器投切瞬间的暂态过程中，起到抑制涌流、过压和拉弧现象，并能实现快速投切。结合整个无功补偿装置来讲，控制器根据系统电压和无功情况做出投切决策，并将投切指令传达给晶闸管触发电路，由触发信号来控制晶闸管的开通和关断。

2.2稳态开关—交流接触器

利用交流接触器在可靠闭合时，其主触点接触电阻小、导通容量大、压降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在电容器投入后和切除前的稳态过程中，起到电容器向电网提供无功能量的主通道作用。

3.TSC+MSC复合开关的元件选型

由于补偿装置的投切开关要用到可控硅和交流接触器两种元件，因此要结合各自的功能特点和选型标准，分别进行选择。

3.1可控硅选型

目前，市面上可供选择的晶闸管开关种类繁多，应用比较广泛的大致有双向可控硅反并联模块结构和双向可控硅分立元件结构和两种形式。本装置中选用反并联模块做双向可控硅投切电容器的半导体开关。

该元件具有以下一系列特点：

(1)国际标准封装，芯片与底板电气绝缘。

(2)全压接结构或氮气保护焊接结构，优良的温度特性和功率循环能力。

(3)安装简单，重量轻。

3.2接触器选型

可选择通用型交流接触器或切换电容器专用交流接触器来实现稳态控制。二者的区别在于，电容器投切专用在主触点上加装了一套限流阻抗，很大程度上抑制了接通时出现的涌流。

国内外接触器生产厂家有很多，如西门子、施耐德、正泰等。以ABB公司提供的UA系列带有串限流电阻结构的投切电容器接触器为例，其功能特点有[2]：

(1)限流主触头和接触器主触头在正常运行中是分开的，它们各行其事。

(2)辅助触点多，32A以下为三对，40A以上为4对，可以任意组合常开常闭。

(3)设计切换电容器所控制的容量，安全系数大，并有一定的余量，安全可靠。

(4)限流电阻组对称，线状，绝缘，耐热。

(5)产品技术经济指标高，具有高的分断能力和限流能力。

适用于通断进行功率补偿的单级或多级电容器组。

4.TSC+MSC复合开关的功能特点

1)暂态开关与稳态开关相互独立，系统的抗干扰性能提高。

2)独立的控制单元具有通用性，可根据补偿电容器的实际容量，与不同容量的交流接触器配套使用。

3)整个补偿装置器件损坏时互换性好、配置灵活，运行可靠。

本文中所研究的TSC+MSC型复合开关，完全克服了该特殊应用领域中两代传统产品(MSC和TSC)各自原理性和先天性的缺点，集成了两者各自的优点[3]，即：开关在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点，由晶闸管精确控制电容器投切时刻，实现电容器的无涌流投入；而在正常接通期间又具有机械开关无功耗的优点，由接触器来保持电容器的连续运行。完全满足了电力系统无功补偿电容器在“投入—运行—切除”全过程对开关产品的特殊功能需要，可大大延长电容器的使用寿命。[科]

【参考文献】

［１］姜齐荣，谢小荣，陈建业．电力系统并联补偿-结构