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摘要：本文论述了断路器选相分合闸技术原理，总结了采用此原理的PSD装置在扎鲁特换流站实践应用，通过对比分析不同型号交流滤波器的三相合位产生时间的离散性，推论出不同型号的小组交流滤波器对选相合闸装置过零点的影响，最后通过波形验证这种推论的正确性，为其他工程采用该装置提供应用参考。
关键词：选相合闸；电压过零；预击穿
1 引言
换流站配置的交流滤波器组在合闸瞬间可能会产生数倍于正常工作电流的合闸涌流，其大小与合闸瞬间的电压相位有关。之前的解决方案之一为在开关的触头并联一个合闸电阻，以限制暂态冲击，但是在合闸之前先接入电阻再进行合闸，从设备制造成本及后期维护角度来讲，存在一定局限性。文献【1-3】均指出加装合闸电阻的局限性以及取消合闸电阻的可能性。断路器选相分合闸技术（Controlled Switching，简称CS）通过一定手段使断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，使电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入电力系统，目前已广泛应用于110kV及以上的滤波器组、电容器组、空载线路、空载变压器、电抗器等，换流站的小组交流滤波器投入时也普遍采用此技术。
本文论述了CS技术原理，分析±800kV扎鲁特换流站换相合闸装置在实践中的应用，通过对比分析不同型号交流滤波器的三相合位产生时间的离散性，推论出不同型号的小组交流滤波器对选相合闸装置过零点的影响，最后通过波形验证这种推论的正确性，为其他工程采用该装置提供应用参考。
2.CS技术原理
断路器选相分合闸装置广泛110kV及以上的滤波器组、电容器组、空载线路、空载变压器、电抗器，它通过实时采集开关带电侧母线PT电压，随机接受来自控制系统的三相合分闸命令，装置在合适的电压处，经过适当的延时发出分相的分合闸命令，根据外部环境参数对断路器机构的动作特性影响进行补偿，并考虑到现场实际开合过程的燃弧和预击穿特性，使开关总能在预定的电气相位进行实际分合，有效避免随机分合所造成的暂态过电压、过电流，从而减少对系统、设备的冲击[4-6]。目前市场采用成熟装置包括ABB 的CAT系列、Switchsync系列、西门子的PSD系列、国立智能SID-3YL、南瑞PCS-9830系列等产品。
图1.断路器选相合闸过程示意图
图1是西门子断路器选相分合闸装置PSD工作过程示意图，从图中可以看出：PSD装置收到控制系统下发的分合闸指令后（对应图中①），通过采样测量开关所连母线电压，在一定时间内（通过该时间定义为过零识别时间，大概在两个周波内）确定系统电压过零时刻（对应图中②），再经过一定的时间延时（对应图中③：该延时时间长短取决于控制回路电压补偿、环境温度补偿及静止时间不补偿，补偿后得出相对精确的开关合闸时间，误差控制在0.5ms范围内）向开关分合闸线圈下发分合指令（对应图中③），而后实现在电压在近似过零点时对应开关电流流动开始时刻（也即预放电开始电圧开始时刻），最终实现在合闸过程对系统冲击最小。
上面完成单相合闸过程解析，下面对其他两相合闸过程进行分析。下图2是向直接接地的电容器组合闸充电过程示意图：
图2.直接接地电容器组选相合闸示意图
从图中可以看出电容器组直接接地系统合闸过零点选择相对简单：开关A相过零点后，C相过零点时刻与A相相差T/6（即3.33ms），B相过零点时刻与A相相差T/3（即6.66ms）。而在实际应用过程中，B相、C相过零点的选择不仅仅与A相的相位有关，同时和负载性质、负载接线方式等也相关。容性负载合闸选择电压过零点，感性负载选择电流过零点，变压器合闸还需考虑剩磁的影响；当电容器组不接地时A相合闸后，C相合闸时需考虑到A相电压的影响，其零点选择理论上在A、C相电压叠加和为零处，B相零点选择在A、B、C相电压叠加和为零处，所需要的时间间隔相交而言会更长。下图3是容性负载在不接地系统合闸示意图：
图3.不接地电容器组选相合闸示意图
图中可以看出：B相过零点合闸后，C相合闸在B、C相电压叠加过零处，A相合闸在三相电压叠加过零处。
在换流站配置的交流滤波器组接线更为复杂，电容器组往往串联电抗器、电阻等负载来滤除谐波，合闸过零点的选择相对更为复杂。
按照PSD装置说明书，在电容器组直接接地系统中：C相滞后于A相的合闸时间为3.33ms（角度相差60°），B相滞后于C相3.33ms（角度相差60°）。排除开关不同相合位产生时刻的干扰因素，从表1中10次统计数据的平均值可以看出：不同接线方式下PSD选相合闸装置计算电压过零点以及选相合闸时间有一定差异的。为验证此结论，查看了全部调试期间PSD装置内开关合闸录波，截图如下：
图4 选相合闸过程录波图
从图中可以分析出：开关A相在PSD装置接收到合闸命令38ms后，检测到交流母线A相电压过零点，而后再延时96msPSD装置向开关合闸线圈开出高电平，经过157ms发生预击穿。对带电调试期间PSD装置选相合闸录波中发生预击穿与电压过零点角度进行统计如下表2：：
表2 开关预击穿时刻与电压过零点角度统计表
（备注：以上数据取的是30次开关合闸时角度偏移的平均值）
从表中数据可以看出，不同类型的交流滤波器组其合闸角度与母线电压过零点存在一定的偏差，偏差角度与交流滤波器的接线形式有一定的联系。
3.结论及展望
本文首先论述了选相合闸装置原理，而后通过选相合闸装置PSD在扎鲁特换流站交流滤波器合闸中的应用分析，推论出不同型号交流滤波器在选相合闸过程中电压过零点的差异，并利用PSD装置内的波形论证了推论的正确性。下一步工作，我们结合不同型号滤波器的参数及其接线形式，从原理上推导PSD选相合闸装置电压过零点的理论值。
参考文献：
[1].曾昭华等；我国500kV断路器取消合闸电阻的几个问题—兼评SD119-84的有关规定
[2].杨帆，宋天奇，张雪波，刘红太.±800kV侨乡换流站500kV交流滤波器小组断路器选相合闸问题分析[J].南方电网技术，2014（06）
[3].杨广羽，李锋涛，刘高峰，张培珍；高压直流输电工程分合闸选相装置的工作原理及应用情况；电力系统保护与控制，2010，38（16）
作者简介：
朱鹏飞，男，汉族，1981.10。硕士研究生，现工作于国网河南省电力公司检修公司，目前在国网内蒙古东部电力公司检修公司进行“东西帮扶”工作。从事学科：特高压交直流系统及新型大容量调相机运维分析研究工作。
论文作者:朱鹏飞1,屈延师1,汤会增1,余开伟1
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：零点论文; 滤波器论文; 装置论文; 电压论文; 相电压论文; 断路器论文; 电容器论文; 《电力设备》2018年第21期论文;