基于反馈控制策略新型复合开关研制

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1、基于反馈控制策略新型复合开关研制摘要：近年来，随着低压配电系统智能化程度不断提高，低压无功补偿系统中复合开关较传统接触器使用比重日益增加。与此相伴的是：各复合开关生产厂家技术水平参差不齐，复合开关在使用过程中问题频出，安全问题日益突出。对低压复合开关在使用过程中出现的问题进行剖析，找出问题的根源，同时提出一种全新的思路和切实可行的解决方案。关键词：复合开关可控硅CPU（中央处理单元）过零反馈中图分类号：TM762文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）006-031-031引言随着近年来智能电网的发展，低压配电新技术、新产品也伴随着智能电网的发展不断涌现。在低压无功补偿装

2、置中，传统接触器投切电容器时涌流大、功能单一的弊病日益凸显。因此，有研发能力的厂家将接触器的更新换代产品一一低压复合开关逐步推向市场。复合开关的一次回路由继电器和可控硅构成，采集和控制回路以CPU（中央处理单元）为核心。其最大的特点是投切电容器时无涌流、功能丰富，有着传统的接触器无可比拟的优势。因此，各供电局、电力设备成套厂和广大的电力用户已逐渐接受复合开，用以做为传统接触器的升级换代产品。2复合开关的运行现状复合开关在低压无功补偿系统中运用日益广泛，但复合开关的研制厂家水平参差有别，产品质量良莠不齐，低压复合开关运行时的安全、可靠性问题没有从根本上得到解决，严重地影响了电力系统的安全

3、运行。由于复合开关的硬件门槛并不高，从2005年初到2012年底，全国的复合开关的生产厂家由当初的几家迅猛增加到数十家，复合开关的应用从当初的尝试阶段逐渐转为大面积推开。现场看过诸多厂家复合开关的运行现状，很多复合开关虽然解决了传统接触器投切涌流大的弊端，也出现了一些新的问题：复合开关在运行2-3年后有20%-40%左右出现故障。更为严重的是，约3%-10%的复合开关在投运初期或使用过程中出现炸裂损坏，造成了主变0.4kV进线断路器跳闸或线路损坏等诸多风险。3传统的复合开关隐患案例某采矿厂采用容量为800kVA(10kV/0.4kV)的S11配电变压器，无功补偿装置配置容量为12❷？O

4、kvar,补偿装置主开关采用500A的塑壳断路器。无功补偿装置中的投切开关采用低压复合开关。配电系统运行两个月后，部分复合开关出现故障且有明显的烧灼痕迹，同时补偿装置进线塑壳断器出现了多次跳闸。2008年5月17日，我单位受托对无功补偿装置故障问题进行分析和查找，采用电能质量在线监测装置对补偿柜进线电流进行实时录波监控。2008年5月18日，又有其它复合开关出现故障，同时补偿装置断路器跳闸。经查电能质量在线监测装置的录波数据，清晰地反映了复合开关在出现故障瞬间补偿柜电流峰值为额定电流数倍，已超出示波表所能显示的范围。由此可以看出，传统的复合开关由于出现异常导致不可控，给用电单位甚至配电

5、系统带来严重的安全隐患。附：复合开关在电压过零偏移50us处导通时的冲击波形，如图1所示。图1复合开关在电压过零偏移50us处导通时的冲击波形4复合开关运行故障问题分析低压智能复合开关出现运行故障，一般有以下几方面的原因：(1)设备的运行环境恶劣，如运行环境温度、湿度、尘埃含量、海拔高度等外部环境的影响。(2)电能质量、电容器质量的影响。(3)复合开关自身质量缺陷的影响。从现场采集的信息来看，产品自身质量的缺陷是复合开关运行故障最主要的原因。现就对复合开关的工作原理进行剖析：低压复合开关的主要实现原理是将可控硅与磁保持继电器并联，由CPU(中央处理单元)对可控硅和磁保持继电器进行时序控

6、制，动作步骤如下：(1)初始时刻，可控硅和磁保持继电器均为断开，电容器为切除状态。(2)投入电容时，CPU控制可控硅在电压过零点瞬间导通并持续导通，此时电容电流流经可控硅。(3)电流稳定后，CPU控制磁保持继电器闭合，待其可靠接通后断开可控硅，继电器担任长时间的续流任务。(4)切除电容器时，CPU控制可控硅处于接通状态。待可控硅接通状态稳定后。随即断开磁保持继电器，此时可控硅担任续流任务。(5)待磁保持继电器分开状态稳定后，CPU撤消可控硅的触发信号，控硅在电流过零自动断开，完成一次投、切过程的全部动作。通过其基本工作原理可以看出：复合开在电压过零处投入电容器、退出电容器时在电流过零处

7、，具备电压过零投入、电流过零退出的特性。可控硅与磁保持继电器的动作时序均由CPU(中央处理单元)协调。无功补偿装置通常就近安装于低压配电变压器，电源内阻很小，又因补偿装置中复合开关所接负载为电容器，异常干扰可使CPU失效致一次元件动作时序失控，导致复合开关在电压波形非过零处投入电容器，从而产生数十倍甚至上百倍于额定电流的短时过流现象，引起复合开关炸裂甚至配变进线断路器跳闸的严重后果。5硬件和软件实施方案的提出复合开关设计最核心的问题就是可靠性和