基于相控技术的容性负载与感性负载分合闸控制策略

李文强 崔 灿 余 淼 李世伟

（中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

随着电网的快速发展，人们对电网稳定性提出了越来越高的要求，电力系统中断路器的随机分合闸容易造成破坏性极大的涌流以及过电压现象，极易对容性设备及感性设备造成不良冲击，缩短电容器、电抗器、变压器及输电线路等的使用寿命，从保证电网稳定性角度考虑，亟需改善此种情况。

选相智能化控制可以控制每次开关动作都在预定相位进行，是限制瞬态过电压和涌流、提高电能质量的有效解决方案，而开关最佳投切时间与负载的性质（容性、感性）相关，同时也与系统是否接地有关。

1 容性负载的最佳关合角度

电力系统中的容性负载如空载电容器等设备，由于两端电压不能突变，为了尽可能降低系统电压突变引起的过电压及涌流，对于接地系统，应该在系统各相电压过零点处依次完成关合操作；对于不接地系统，则应使其中两相在电压可以相互抵消时进行合闸，剩余一相在电压过零点处关合。

（1）中性点接地系统。

对于接地系统的电容器组，各相电压之间独立性较高，理想的合闸相位位于各相系统电压的过零点附近，实际工程中可按照A-C-B（C-B-A或B-A-C）的顺序完成合闸，各相之间的合闸相位差异相对小，系统的非全相运行时间尽量短。中性点接地容性负载目标合闸相位如图1所示。

图1 中性点接地容性负载目标合闸相位

故中性点接地系统在各相的系统电压过零点时依次完成合闸，互差30°（1/6周期，3.3 ms，工频50 Hz）。

（2）中性点不接地系统。

对于中性点不接地系统，单相操作没有多大影响，因为电容器没有接地回路，所以回路中不会有电流产生。当两相投入时，加在电容器两端的电压是两相电压的叠加，为使叠加电压为零，应该选择在两相电压数值相等、相序相反时合闸，而第三相投入时则应该选择第三相电压零点处。中性点不接地系统如图2所示。

图2 中性点不接地系统

中性点不接地系统中，A相和C相同时在UA的30°处合闸，则a、c同时施加上相同幅值的电压，故Cca分支没有电流流过，同理，由Cab、Cbc构成的分支也无电流流过，在相对于UA的120°处，即滞后于同时合闸的A、C两相1/4周波后，B相合闸，此时a、c点电压幅值相同但相位相反，同时b点瞬时电压为0，避免了涌流冲击。

2 并联电抗器关合策略

电力系统中的感性负载如电抗器等，根据感性负载的特点，磁通不能突变，在关合闸瞬间，由于系统电流发生突变，感性负载的磁路中会产生非周期性的感应磁通以抵消这种变化，与剩磁叠加后的总磁通会超过饱和磁通，产生很大的励磁涌流，所以应该选择预感应磁通等于磁路剩磁时进行关合闸操作，磁通与电压之间的相位差为90°，与容性负载正好相反。对于接地系统，感性负载的合闸操作应该在各相电压数值最大处，而对于三相不接地系统，其中两相则应该在感应磁通可以相互抵消相位处关合，剩余一相依然在其后电压数值最大处关合。

（1）中性点接地系统。

星形接地并联电抗器通常通电是在源电压接近在峰值电压的时候，每一相的峰值电压对于相位A发生在90°、30°、150°处。中性点接地电抗器如图3所示。

（2）中性点不接地系统。

最高电压充电的策略同样适用。中性点不接地电抗器如图4所示，A和B相通过三角形连接，UA、UB电压在UA波形60°的时候同时关闭，C相在90°或150°（1/4周波的倍数）时，即电压差达到最大值的时候关闭。

3 结语

图3 中性点接地电抗器

图4 中性点不接地电抗器

电力系统中断路器的随机投切操作会对系统中的感性负载与容性负载产生幅值很大的过电压与涌流，采用智能选相控制系统，断路器具备相控能力，可以在对系统有利的相位实现投切，改善了系统的暂态冲击，有利于系统稳定。人们对电网稳定性提出了越来越高的要求，广泛应用断路器选相分合闸技术能够显著减少甚至消除分合闸操作对电网产生的不利影响，减少对电网的暂态冲击。