并联电容器组同步关合最佳目标相位的确定

应根据开关的关合特性 k 从而获得最
和合闸时间分散性确定最佳关合相位 1.0 电容器同步关合
程中的暂态过电压和涌流最小 布特性 建立数学模型
的关合绝缘特性 RDDS 和合闸时间分散性的概率分 给出了确定同步断路器最 为同步断路 佳关合目标相位的方法及其仿真结果 器的控制系统设计提供了理论指导
对于关合特性 k 器组时 示 最小
设开关以合闸速度 v 关合 间距为 S 穿电压为 U P (t ) = ES (t ) = Evt 曲线 其对应的斜率为
2
器组电压零点同步关合的最佳关合目标时刻为
td =
发生预击穿时断口 则预击 3 2.2 4 简称关合 组时 点 A1 k 同时
sin(3ωσ ) kω
6
对应间隙的平均电场强度为 E
置的误动作和用户端调速驱动装置的误跳闸 合
用同步开关技术控制并联电容器组在电压过零关 可以大大减少开关暂态过程产生的过电压和涌
[3,4]
开关断口两 触头开距和绝 从而产生
流 提高电能质量和电网可靠性
国家自然科学基金资助项目 收稿日期 2005 - 06 - 30 50007004
电容器的同步
当系统电压大于间隙绝缘承受能 B点 用同步断路器关合
2
610039
2. 大连理工大学电气工程系
大连
116024 建立数学
分析了断路器绝缘特性和合闸时间分散性对并联电容器组同步关合的影响
给出了根据断路器关合特性和合闸时间偏差确定电容器组同步关合最佳目标相位的方法 计算了在不同关合特性和开关合闸时间偏差下的同步关合最佳相位和对应 为电力系统中电容器组的同步关合控制系统设计提供了理论依据 绝缘特性 合闸时间分散性 最佳关合相位
由式 8 和式 9 可知 对于关合特性 k 1.0 的断路器 电容器组同步关合的最佳目标时刻为 td = 1 − k 2 arccos k − + 3σ kω ω 10
关合特性上限曲线的最大预击穿点 B 满足关系 sin(ω tb ) + kω tb = 1 − k 2 + 6kωσ − k arccos k U Pmax = U B = u m sin(ω tb ) 目标投入点 C 满足关系 11
用于补偿电容器组的投切 速 度 υ =0.6 30kV/mm
[8]
一般真空开关平均合闸
1.0m/s 由式
真空开关的击穿场强为
2
3 可知当真空开关的合闸速度
为υ =0.8m/s 时 开关的绝缘衰减率为 RDDS=24kV/ms 对于 10kV 和 35kV 电压等级系统 补偿电容器一般 采用中性点不接地连接 根据 CIGRE 允许的开关合 闸最大偏差为 位 1ms
由图可知
在切点 A 1 有关系 u (ta1 ) = um sin(ω ta1 ) du (t ) = kω u m dt t =ta1 du (t ) = ω um cos(ω t ) dt 8
目标关合相位满足关系 td = u (t a1 ) − t a1 + 3σ kω u m 9
b 目标相位关合电压
Influence of circuit breaker’s characteristics on
2
最佳关合相位确定
一般在并联电容器组关合时 电容器组上的残 由图可知 因而断路器的断口间所承受工频电压 u (t ) = u m sin(ω t + θ ) 1 式中 预击穿则有关系
当断路器关合电容器组在点 b 发生 ub = rum = um sin(3ωσ ) dup (t ) td = kω um td = rum dt
断路器在随机投入电容器
断路器多次分合闸操作
损导致开关绝缘特性发生变化
甚至可能导致系统继电保护装 采
温度和开关磨损导致断路器的合闸时间分散 为同步开关电压过零投入并联电容器组时 绝缘特性 RDDS 和合闸时间分散性的影响 合电容器时 假设电容器的残压为零 随着触头的运动 图中 A 因而 端承受工频电压 缘承受能力减少 力时
为了分析由于开关关合特性 k 和合闸时间分散 用 仿真结果如图 4 所示
开关关合特性 k 和开关合闸时间
d 最大关合电压
偏 差 3σ 对 补 偿 电 容 器 组 同 步 关 合 特 性 影 响 主 要 1 随着开关关合特性 k 的增加 同步关合的 最大预击穿电压减少 响 特别当关合特性 k 1.0 时 最 大 预 击 穿 电 压 只 受 开 关 合 闸 时 间 偏 差 3σ 的 影 同步断路器可以在电压零点实现关合
余电压为零 为 式中
5
u m —— 电压峰值
ω —— 电网角频率 θ —— 初始相角
在电压过零时 电压变化率为
u =0
σ ——开关合闸时间的标准方差
t d ——开关目标关合相位 r ——预击穿点对应的归一化电压 由式 5 可知关合特性 k 1.0 时 并联电容
du (t ) = ω um cos( ω t + θ ) dt u =0 = ω um
开关发生预击穿
改稿日期 2005 - 10 - 08
较高的开关暂态过电压
万方数据
第 21 卷第 1 期
方春恩 等
并联电容器组同步关合最佳目标相位的确定
25
并联电容器组时 合闸时间分散性
应根据开关的绝缘特性 RDDS 和 确定最佳关合相位 使得关合过 文中根据同步开关
断路器关合电容器组时 佳同步关合效果 2.1 k
c 最小关合电压
sin(ω tc ) + kω tc = 1 − k 2 + 3kωσ − k arccos k U C = u m sin(ω tc )
性 3σ 对 电 容 器 组 电 压 零 点 同 步 关 合 的 影 响 Matlab6.1 进行了仿真分析 从图 4 可知 有
12
根据建立的数学模型 关键词 同步关合
的最大开关预击穿电压 中图分类号
TM561.2
The Investigation on Optimal Making Phase for Synchronous Closing Shunt Capacitor Banks
Fang Chun’en 1 Wang Jiaying 1 Chengdu Dalian Zou Jiyan 2 610039 China China 116024 1. Xihua University
[9]
郭丽娟 24
梁小冰 . 10kV 电容器组切换在用户侧产生 2003 27 2 21
的电压放大现象 . 电网技术 3 Denfino B Fornari F
方春恩 等
并联电容器组同步关合最佳目标相位的确定
27
增加
因此应提高开关的合闸时间的一致性
减少
和开关操作次数对开关合闸时间的影响 合闸时间一致性
提高开关
开关合闸时间偏差
减少开关合闸时间偏差 3 σ 参考文献
3
中压系统同步关合目标相位确定
在 10kV 和 35kV 电压等级 真空开关被广泛应
1
Dick E P Fischer D Mulkins C et al. Point-on-wave Capacitor Switching and Adjustable speed drives. IEEE Trans. on Power Delivery 1996 11(3) 1367 1372
目标投入点 c 满足关系 sin(ω t c ) + kω t c − sin(3ω σ ) = 0 U c = u m sin(ω t c ) 7
式 3 为断路器合闸操作时开关的预击穿特性 dU P (t ) d u (t ) =k = kω u m dt dt u = 0 式中 k 为表征开关绝缘关合能力的参数 压零点切线平行 k 1 或 k
1.0 电容器同步关合 1.0 的断路器 当关合电容器 由于开关合闸时间分散性导致开关的关合特 从而可能出现曲线 Up (t)与 u ( t)相切于 关合的预 因而应选择最佳目标关合时刻如图 3 所示
对于关合特性 k 性曲线平移
特性 其物理意义为 k=1 关合特性曲线与外施电 1 则表示关合特性曲 因此 在使用同步 线比外施电压零点切线陡或缓
2. Dalian University of Technology Abstract
This paper analyses the influences of the closing time scatter and dielectric
characteristic of circuit breaker on synchronous energizing shunt capacitor banks. And a math model is given to determine the optimum closing instant of synchronous energizing capacitor banks in terms of the making characteristic of circuit breaker and the deviation of the operating time. Based on the given math model, the optimal closing phase and the maximum switching transient are given under the different making characteristics and deviations of the operating time. The results can provide some theoretic proofs for the design of control system of synchronous energizing shunt capacitor banks in power system. Keywords Synchronous closing, dielectric characteristic,closing time scatter, optical closing phase 关合是否能达到预期效果关键在于断路器触头合闸 相位的准确度 为了提高电能质量 然而 控制电网 并联电容器组 不仅降低电网
图4 Fig.4
开关统计特性对同步关合影响 closing capacitor banks
The influences of circuit breaker on synchronous
2 对于关合特性 k 相同的开关 随着合闸时 间偏差 3 σ 的变大 开关的最大预击穿电压也相应
万方数据
第 21 卷第 1 期
2006 年 1 月 第 21 卷第 1 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.21 Jan.
No.1 2006
并联电容器组同步关合最佳目标相位的确定
方春恩
1. 西华大学电气信息学院 摘要 模型 成都
1
王佳颖
ห้องสมุดไป่ตู้
1
邹积岩
即使开关关合时间统计误差为大 −3 σ 时 击穿电压 u ( t 0 ) 为最小
万方数据
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电 工 技 术 学 报
2006 年 1 月
图3 Fig.3
k
1.0 同步关合最佳目标相位确定 k 1.0
a 最佳目标关合相位
The optimal phase for synchronous closing when
[1,2]
1
引言
在电力系统中
同步断路器合闸相位的准确度主要 Rate of 触头电磨 环境 图 1 断路器 同步关 和合闸时间分散性 控制电压
受 开 关 关 合 时 的 绝 缘 衰 减 率 RDDS Decrease of Dielectric Strength 的影响
[5 7]
无功电流合理平衡和减少线路损耗 得到了广泛应用 设备的绝缘和寿命 时会产生幅值很高的涌流和过电压
1.0 的断路器 可以在工频半 因此在同步关合电容
周期内的任意相位实现关合 的统计分布特性
根据断路器的预击穿特性和开关操作时间 选择最佳目标关合相位如图 2 所
即同步断路器关合时间最大偏差下预击穿电压
图1 Fig.1
开关特性对同步关合暂态影响 图2 Fig.2 k 1.0 同步关合最佳目标相位确定 k 1.0 synchronous closing The optimal phase for synchronous closing when