选相分合闸装置的原理及应用

选相分合闸装置的原理及应用
摘要：本文详细介绍了特高压交流系统中电容器组（容性负载）和电抗器组
（感性负载）的分合闸等效电路及分合闸时刻产生的暂态过程，分析了选相分合
闸装置的主要功能及工作原理。

该装置可根据负载特性，选择理想的断路器动作
时刻，降低对自身和电力系统的冲击。

关键词：选相分合闸装置；电容器组；电抗器组；电力系统冲击
0 引言
随着特高压工程建设的不断推进，特高压输电工程技术有了日新月异的变化，不仅具有更高的电压等级，还具有更大的输送容量和更远的传输距离，这对控制
保护设备在可靠性和功能完善性上提出了更高的要求。

特高压输电系统具有更多、更复杂的运行方式，因而控制保护设备的动作对交流系统的影响较大。

在电网中投入或者切除负载时，由于电网中的电压是正弦波性，负载投入或
切除的瞬间，电网电压可能在电压峰值处也可能在电压零点处。

随着负载容性或
感性的不同，负载投入的最佳时间也不同，如果负载的断路器分合闸时没有达到
上述要求，就会产生危害电网安全的过电压和涌流，这些过电压和涌流会导致电
网中负载的可靠性和寿命降低，也可能会导致保护和安全自动装置的误动。

选相分合闸技术是指控制断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路等电力设备在对自身和
系统冲击最小的情况下投切入电网的技术。

可根据不同的负载特性，控制断路器
在电压或电流最有利的相位完成投切，可主动消除开关过程所产生的过电压和涌
流等电磁暂态效应，或提高断路器的开断能力，从而延长电力设备的寿命和提高
整个电力系统的稳定性。

1 选相分合闸装置优势
1.1随机分合闸缺点
感性负荷（空载变压器、并联电抗器等）合闸时，若断路器合闸相位不合适，将会产生很大的涌流引起瞬间电压降低，导致系统电压波动和保护继电器误动作；容性负荷（空载输电线路、电容器组等）合闸时的过电压的涌流引起断路器触头
熔焊、烧损，涌流的电动力可能损坏零件甚至给电流互感器和串联电抗器造成绝
缘损伤。

在小电流开断（并联电抗器、空载输电线路、电容器组）时，伴随着断
路器端口之间的重燃电弧、重击穿过电压，导致断路器触头的磨损量增大等。

1.2选相分合闸的优势
断路器选相分合闸装置的应用能够大大降低断路器分合闸瞬间所造成的涌流
和过电压，有利于系统电网的稳定，从而降低电力系统的建设维护费用。

同时，
可降低分断时断路器触头的电气磨损，减少触头重燃的可能性，延长断路器设备
的维护周期和使用寿命。

另外，使得取消断路器分合闸电阻及相关控制设备（占
到整个断路器成本的8%-10%）成为可能，大大简化断路器内部结构，提高设备
可靠性和降低生产成本。

对于特高压电网交流系统，断路器选相分合闸装置技术的应用能够显著降低
线路等特高压电力设备的绝缘要求，从而可实现简化网架结构和紧凑型线路的设计。

这对特高压电网的建设有着不可估量的意义。

对于特高压电网直流系统，针对滤波器和换流变的断路器选相分合闸技术能
够有效改善分合闸造成的涌流或电流畸形，消除由此而引发的换相失败。

所以在
目前国内绝大多数换流站中，都要求开关设备提供选相分合闸功能。

2 选相分合闸装置的主要功能
根据负载的特性，选相合闸装置需要根据实际情况选择不同模式，当装置收
到断路器操作箱的跳合闸命令后，根据参考电压电流信号和负载类型（容性、感性），做出相应延时和调整，将操作箱命令分相不同时送出至机构（延时时间也
和断路器本身的分合闸时间相关，后者可以通过试验测得）。

保证各单相断路器
在理想时刻动作，对系统冲击最小，从而达到保护设备的目的。

3 不同负载原理分析
3.1容性负载（电容器组）
电缆等效电阻忽略不计，将电源侧感抗等效为电感LS，将电容器组等效为C。

由于容性负载的电压不能突变，闭合电容器组时，等效电路如图1所示，如果断
路器Q0的合闸时刻选择不当，例如U(t)在峰值时合Q0，放电元件电容器中会有
暂态平衡过程，出现过电压和冲击电流，波形如图2所示。

4 总结
本文阐述了选相分合闸装置的作用，绘制等效电路，详细分析了在电容器组（容性负载）和电抗器组（感性负载）分合闸时刻选取的原理，以及两种负载合闸时的暂态过程、产生操
作过电压、冲击电流的原因。

根据负载特性不同，判断各相理想的分合闸时刻，有效减少对
系统的冲击，使无功补偿设备的动作对电力系统的影响降到最小。

参考文献：
[1]凃彩琪,吴水锋.开关设备选相分合闸技术应用研究[J].湖北电力,2015,39(02):29-31.
[2]李显鹏,刘世安,程兴民,姜涛.选相分合闸装置在交流特高压无功补偿设备上的应用[J].浙
江电力,2016,35(12):56-59.
[3]陈谦.选相分合闸技术在工程实践中的应用[J]. 华电技术,2010,07: 40-41+77.
[4]杨广羽,李锋涛,刘高峰,张培珍. 高压直流输电工程跳合闸选相装置的工作原理及应用[J]. 电力系统保护与控制,2010,16:108-110+136.
作者简介：
马泽乔(1992-)，女，助理工程师，主要从事继电保护调试相关工作。