摘要：当前随着微处理技术、电力电子技术和智能控制理论的迅速发展及其在电气领域的广泛应用，人们提出了电器智能化的概念。真空断路器是电力系统终端设备之一，其智能化水平对电力系统的稳定和智能化程度将产生深远的影响。目前真空断路器智能化的研究领域多数是对电气参数遥测，对电网故障的保护、信息的传输及断路器自身状态的监控和遥控之外；真空断路器的同步控制技术也是一个重要而前沿的课题，本文主要基于智能永磁真空断路器进行同步关合控制的测试分析。
关键词：永磁真空断路器；电器智能化；同步控制；涌流；相位选择
（Analysis of synchronous closing and closing control of intelligent permanent-magnet vacuum circuit breake）
Absrtact: with the rapid development of microprocessing technology, power electronics technology and intelligent control theory and their wide application in the electrical field, the concept of electrical intelligence has been put forward. Vacuum circuit breaker is one of the terminal equipment of power system, and its intelligent level will have a profound impact on the stability and intelligence of power system. At present, most of the intelligent research fields of vacuum circuit breakers are telemetry of electrical parameters, protection of power grid faults, transmission of information and monitoring and remote control of circuit breakers themselves. Synchronous control technology of vacuum circuit breakers is also an important and cutting-edge topic. This paper is mainly based on the test and analysis of synchronous closing control of intelligent permanent magnet vacuum circuit breakers.
Key words:permanent magnet vacuum circuit breaker; electrical intelligence; synchronous control; inrush current; phase selection
0、引言
智能化开关发展迅速，其动力首先来自电力系统越来越高的可靠性要求及其越来越高的自动化程度，现代配电和用电系统设备都要求在监测、控制和保护等方面完全自动化和智能化，开关设备作为电力系统的硬件，其智能化实现的基础。电器智能化实际上是指开关电气实现人工智能的过程；是指设备自身加上各种传感器来检测各运行参数和系统参数，通过计算机或数字信号处理器来执行行之有效的功能。真空断路器作为控制和分配电能的开关元件越来越广泛的应用于电力系统，特别是永磁机构断路器的发展应用，为同步关合控制技术研究提供技术和实验基础。
1、永磁真空断路器同步关合控制可行性分析
真空断路器所用传统的操作机构（电磁和弹簧机构）是一个复杂的机械系统，零件多，运动环节长，运动时间分散性大，响应速度慢且传统操作机构大多为三相共轴运动方式，难以在按时序对各相分别进行精确控制；随着真空技术，开关智能控制技术，永磁机构结构简单、体积小，可方便地配置于真空断路器各极，实现每极一个机构，对真空断路器的三极运动进行精确控制，因此只要将三极运动相互错开120度，便可实现对三相系统的同步关合。
2、断路器同步关合控制设计及测试
2.1、同步关合控制设计
同步关合技术是指开关在控制系统的控制下，在系统电压波形的指定相位处关合，使电容器、空载变压器和空载线路等电力设备对自身和系统冲击最小的情况下投入电力系统的一种智能控制技术。同步控制方式是指各项操作由统一的时序信号进行同步控制。这就意味着各个微操作必须在规定的时间内完成，到达规定时间自动执行后续的微操作。本次实验按以下2种方式设计：
1）空载变压器的同步合闸操作发生在50HZ电压的90°（或270°）处（即变压器绕组两端电压最大时合闸，可以有效降低以至消除涌流）
2）空载电容或空载线路的同步合闸操作发生在50HZ电压的0°（或180°）处（即电容两端电压为零时合闸，可以有效降低以至消除过电压）。
2.2、同步关合控制的测试条件及方法
1）测试条件：同步开关为永磁真空断路器，每相均有两个接近开关和160VDC的驱动线圈（单稳态永磁机构）和智能控制模块。每相开关驱动功率均由相应的储能电容提供，其参数为47000UF/160V，充电后端电压188.7V。
2）测试方法：参照图1同步开关分合闸时间测试方法接线，按下控制器面板测试按钮启动测试程序，依次检测A、B、C三相的分合闸时间。控制器面板液晶显示屏显示测试界面并显示测试结果,抄写测试数据后启动下一次测试（每次间隔在30~60秒之间）。
1）同步关合操作实验
图3同步分闸操作：
因为三相电压相位固定，而各相电流与电压的相位受各相负载影响，即三相的功率因数也许不相同。为简单方便，选择电压相位为同步点。在电压过零点时极间电弧自然熄灭，此时将同步开关分闸。
图4在中性点接地系统中，同步对象为空载变压器时，在每相电压峰值（90°或270°）处将同步开关合闸。图中A相（蓝色）峰值合闸，过60°C相（绿色）峰值合闸，再过60°B相（粉红）峰值合闸。
图5在中性点接地系统中，同步对象为电容或空载线路时，在每相电压过零点值（0°或180°）处将同步开关合闸。图中A相（蓝色）过零合闸，过60°C相（绿色）过零合闸，再过60°B相（粉红）过零合闸。
2）数据分析
（1）在数据表格中发现分合闸的最大值（红色）绝大部分发生在第一次测试中，而最小值（黄色）随机分布在第二次与第十次的测试中。回顾实验过程，同步开关在做第一次测试之前有30分钟以上的静止时间（因为接线、检查等），以后的测试间隔大约为30~60秒（抄数据、检查等），驱动电压均为188.7VDC左右（万用表读数）。同步开关的每一次操作，永磁机构均发生较大的振动，而振动是永磁体的退磁方法之一。是不是永磁体的退磁造成测试数据如此分布？下次实验时可以加大测试间隔时间，观察永磁体的剩磁恢复情况。 （2）测试线与开关的连接是否牢固可靠直接影响到“最大离散时间”，最大离散时间越小同步越准确。
（3）以10次测量数据的平均时间做为开关的分合闸时间，并以此时间做为同步计时操作的基础，这样同步误差范围在理论上就可以满足要求（参照公司同类产品：合闸：<±1ms；
分闸<±2ms）。
（4）在同步实验截图中发现B相（粉红色）在合闸后1ms均有一个将近1ms的电压跌落，而分闸时却没有，也许是B相合闸弹跳较大。
3、结论
随着永磁真空断路器及其控制器技术的不断发展完善，永磁真空断路器同步关合控制技术也将日益成熟，必将得到广泛应用。本文从实验过程和结果来看，智能终端的硬件设计能满足功能要求，软件上的RTU功能、看门狗功能、重合闸功能、数据采集、通信（101规约）、三遥均能实现，但还要做更深入的功能测试，以便发现缺陷；结合智能终端程序分析同步实验截图中成功与不成功的同步操作，导致不成功的同步操作主要是各相同步延时时间的计算、同步延时结束时的处理在程序上还不够严谨，还需要做大量测试分析及研究。
参考文献：
（1）林莘.永磁机构与真空断路器[M] 北京：机械工业出版社，2002
（2）李人厚.智能控制理论和方法[M] 西安：西安电子科技大学出版社，1999
（3）苏方春，陈晓宁.同步关合技术及其在并联电容器组投切中的应用[J]高压电器,1997
论文作者:海磊
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/2
标签：永磁论文; 测试论文; 真空断路器论文; 电压论文; 操作论文; 时间论文; 机构论文; 《当代电力文化》2019年第08期论文;