摘要： 介紹了用相位控制高壓斷路器來控制并聯(lián)電容器組的關(guān)合操作原理。敘述了相位控制高壓斷路器的組成及對(duì)斷路器的特殊要求和對(duì)控制單元參數(shù)的設(shè)定。
關(guān)鍵詞：并聯(lián)電容器組　相位控制　控制單元　高壓斷路器 1　概述

　　高壓斷路器在電力系統(tǒng)中操作并聯(lián)電容器組時(shí)會(huì)引起過電壓。操作過電壓的幅值與電力系統(tǒng)的參數(shù)特別是斷路器特性以及關(guān)合和開斷的相角有很大的關(guān)系。在不利的相位角合閘時(shí)所引起的過電壓倍數(shù)會(huì)很大，甚至?xí)＜暗诫娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定。
　　通常限制并聯(lián)電容器組操作過電壓的措施是避雷器。而避雷器在操作過電壓下的頻繁動(dòng)作也將會(huì)大大縮短它的壽命。自20世紀(jì)70年代中期開始，國外開始研究相位控制高壓斷路器的技術(shù)，其設(shè)計(jì)思想是通過計(jì)算讓斷路器在一個(gè)固定的相位上合閘或分閘，從而使系統(tǒng)內(nèi)的操作過電壓幅值降至低。據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至1993年，相位控制高壓斷路器大部分應(yīng)用在電容器組的投入操作過程中。我國雖然對(duì)這種先進(jìn)技術(shù)也進(jìn)行過研究，但截至1998年尚無實(shí)際應(yīng)用的例子。這與當(dāng)時(shí)人們懷疑它的動(dòng)作穩(wěn)定性有很大關(guān)系。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國際上對(duì)這一技術(shù)更加重視^［1，2］。 1998年，我國有一條輸電線路的斷路器采用了相位控制單元，以其來替代合閘電阻來限制線路的合閘過電壓。2000年底，又有2套相位控制單元投入運(yùn)行，用來限制并聯(lián)電抗器的分閘過電壓。到2001年底，將會(huì)有7套相位控制單元陸續(xù)投入運(yùn)行，有2套相位控制單元首次在我國應(yīng)用于并聯(lián)電容器回路的SF₆斷路器上。圖1是用于電容器組回路斷路器的相位控制單元的例子。相位控制斷路器除用于電容器、電抗器的合分閘操作外，還可用于變壓器的操作以消除合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流^［3］。

2　對(duì)相位控制斷路器的要求

　　在不同的回路中對(duì)相位控制高壓斷路器的要求不同。例如在空載長線和并聯(lián)電容器組的回路中，比較嚴(yán)重的情況是斷路器的合閘操作。此時(shí)相位控制的目的是盡可能地減小回路中的電壓突變，即需要盡可能地減小斷路器斷口上的預(yù)擊穿電壓。
　　相位控制高壓斷路器由相位控制單元和高壓斷路器組成。對(duì)高壓斷路器，為了取得準(zhǔn)確的合閘或分閘相位，要求斷路器每次操作的分散性必須很小。即要求斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能很穩(wěn)定。每次的分合閘時(shí)間必須相等或相差0．5ms以下。即使操作電壓波動(dòng)時(shí)也要滿足以上要求。
　　對(duì)應(yīng)用于并聯(lián)電容器回路的SF₆斷路器，為了獲得佳的合閘性能，（即操作過電壓低，）要求斷路器兩相首先合閘后，經(jīng)過90°相位角后后一相再合閘。即對(duì)50Hz的電網(wǎng)這一時(shí)延為5ms。

3　相位控制單元的設(shè)計(jì)原理

　　相位控制單元是以計(jì)算機(jī)為核心的控制裝置。以ABB公司的SWITCHSYNCE113（以下簡稱為E113）為例，它由微機(jī)參考電壓電流輸入、操作命令輸入與輸出、警報(bào)輸出輸入按鈕及顯示屏組成。特別要指出的是，它內(nèi)部的可擦除儲(chǔ)存器（EEPROM）在沒有電源的情況下仍能可靠保存程序，使E113不致因發(fā)生混亂而引起誤操作。
　　圖2所示為E113的基本原理。以合閘為例，當(dāng)控制單元得到一個(gè)合閘命令1時(shí)，計(jì)算機(jī)以近的一個(gè)電壓過零點(diǎn)選為它的時(shí)鐘零點(diǎn)。（這個(gè)電壓信號(hào)由電源側(cè)電壓互感器2上取得。）經(jīng)過了一定的時(shí)間T_VTOT后，E113控制單元給斷路器發(fā)出合閘信號(hào)3。這個(gè)時(shí)間T_VTOT的長度取決于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算時(shí)間、輸入到E113內(nèi)斷路器的合閘時(shí)間、以及在E113的自適應(yīng)模式下前一次斷路器的操作時(shí)間等。
　　E113的自適應(yīng)模式是前一次操作在相位上的任何偏差，都用來當(dāng)作本次操作的修正量。這種偏差可能來源于斷路器本身的分合閘時(shí)間上的分散性與繼電器的動(dòng)作延遲等。分合閘相位通常靠設(shè)備側(cè)電壓互感器2來確定。而這種自適應(yīng)模式通常只用于合閘操作時(shí)。

4　并聯(lián)電容器的合閘

　　由前所述，計(jì)算機(jī)的零點(diǎn)是參考電壓的過零點(diǎn)。而參考電壓不一定是斷路器的首合相上的電壓。其次，對(duì)每一種回路而言，都有其佳合閘或分閘相位角。我們把參考電壓　　零點(diǎn)到佳合閘（分閘）相位角之間的時(shí)間差定義為時(shí)延T_D1。對(duì)圖2^［1］合閘電容器的情況，參考電壓為R相，對(duì)R相，T_D1為零，對(duì)S相和T相分別為6．7和3．3ms（50Hz）．
　　實(shí)際上，斷路器的動(dòng)作時(shí)間總有一定的分散性，滅弧介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度也有差別，在考慮這兩項(xiàng)因素后，統(tǒng)計(jì)表明，佳的合閘時(shí)間比理論的佳合閘時(shí)間有一定延遲。記為時(shí)延T_D2。對(duì)合閘中性點(diǎn)接地的電容器組，取0． 3 ms。
　　因?yàn)閿嗦菲骱祥l前總存在預(yù)擊穿，故實(shí)際關(guān)合時(shí)間比測(cè)量到的斷路器的合閘時(shí)間要短。這個(gè)時(shí)延為T_D3。（見圖2）。對(duì)合閘中性點(diǎn)接地的電容器組，取0．1 ms。
　　合閘中性點(diǎn)接地的電容器組所得到的電壓及電流波形見圖3。

5　結(jié)論

　　（1）采用相位控制高壓斷路器可以有效地限制操作過電壓。
　　（2）當(dāng)斷路器經(jīng)特殊設(shè)計(jì)并與相位控制單元配合后，合閘并聯(lián)電容器組的過電壓倍數(shù)將比采用常規(guī)斷路器時(shí)大大降低。據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，過電壓倍數(shù)小于1．5倍。

參考文獻(xiàn)

［1］　Cereda C．等：Synchronous MV Circuit－breaker with Magnetic Drive and ElectronicControl［J］，ABBReview，1999．6，13－21
［2］　CIGREWorking Group 13．07：＇ControlledSwitching of HVAC Circuit－breakers，Guide forApplication lines，Reactors，Capacitors，Transformers［J］，ELECTRA，1999，No．183
［3］　Brunk，J．H．，F(xiàn)roelich，K．J．：＇Eliminationof Transformer Inrush Currents by ControlledSwitching－Part 2：Application and PerformanceConsiderations［J］，IEEE Trans．On

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摘要： 本文主要闡述了運(yùn)用“變壓法”對(duì)電容器進(jìn)行真空干燥浸漬處理的原理、所需的設(shè)備及真空干燥真正結(jié)束的判斷依據(jù)和判斷方法?！白儔悍ā闭婵崭稍锝n工藝能縮短時(shí)間三分之一，提高了電容器的局部放電合格率，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省了能源。
關(guān)鍵詞：變壓法　干燥原理 結(jié)束點(diǎn) 　判斷

1　前言
　　電力電容器真空干燥浸漬的目的是排除電容器芯子中的水分和氣體，然后用經(jīng)過凈化處理并試驗(yàn)合格的浸漬劑灌注浸漬，填充產(chǎn)品內(nèi)部固體間的所有空隙，以提高產(chǎn)品的電氣性能。
　　現(xiàn)有的電力電容器真空干燥浸漬工藝要經(jīng)歷加熱、低真空、高真空、降溫、注油和浸漬這幾個(gè)階段。用測(cè)量真空度是否達(dá)到工藝要求和規(guī)定一定的時(shí)間來決定每一階段是否結(jié)束，是否可以進(jìn)入下一個(gè)階段。它的缺點(diǎn)是進(jìn)入注油階段前，電容器芯子中的水份是否已充分逸出是沒法真正判斷的。在一定的溫度下，工藝所要求的真空度和時(shí)間已達(dá)到，但水分子的蒸發(fā)和凝結(jié)已達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，電容器芯子中的水分也許未能完全排出，就進(jìn)入灌注階段，這將影響電容器電氣性能。另一種情況是工藝時(shí)間雖沒有到，但電容器芯子中的水分已充分逸出仍在繼續(xù)抽真空，浪費(fèi)大量的能源。因此，我們要尋找一種新工藝來判斷真空干燥是否真正結(jié)束而可以進(jìn)入灌注階段。以便提高電容器的電氣性能，節(jié)省能源。
　 “變壓法”真空干燥浸漬工藝能彌補(bǔ)以上不足。它把低真空、高真空合二為一，在此階段通過向真空罐內(nèi)充干燥空氣來改變罐內(nèi)真空度，以便電容器芯子中的水分能充分逸出。通過一定的方法尋找一個(gè)結(jié)束點(diǎn)來判斷真空干燥是否真正結(jié)束而進(jìn)入灌注階段。
2　“變壓法”真空干燥的原理
　　傳統(tǒng)真空干燥原理：傳統(tǒng)的電容器真空干燥是通過給真空罐內(nèi)的電容器加熱，增加電容器芯子中所含水分子的動(dòng)能（W＝KT²／2），使其變成水蒸汽從絕緣材料中蒸發(fā)出來，增加了電容器芯子中的水蒸汽的分壓。再對(duì)真空罐抽真空，降低電容器周圍空間的壓力，這樣電容器芯子和周圍空間就形成了一個(gè)壓力差ΔP，從而使水蒸汽從電容器芯子中擴(kuò)散、遷移到周圍空間由真空泵抽走，達(dá)到排除電容器芯子中水分和氣體的作用，傳統(tǒng)方法要達(dá)到好的干燥效果，一是提高溫度，使電容器芯子中的水分能獲得足夠的動(dòng)能變成水蒸汽，但溫度過高，絕緣材料會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，損壞其絕緣性能。二是提高真空度，以增加ΔP抽除電容器芯子中的水分和氣體；真空度較高，水蒸汽的飽和蒸汽壓降低，水分子容易變成蒸汽逸出。但真空度也不能無限制的提高，它受真空泵的極限真空度的限制，再有真空度過高，氣體分子的熱傳導(dǎo)降低，絕緣材料中的水分子不能獲得足夠的能量而蒸發(fā)，反而會(huì)影響電容器芯子中的水分蒸發(fā)的速度。后在一定的溫度和真空度下，水分的蒸發(fā)和凝聚達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，電容器芯子中的水分子不能徹底排出，影響電容器的電氣性能。三是延長干燥時(shí)間，浪費(fèi)了大量的能源。
　　“變壓法”真空干燥的原理：在傳統(tǒng)的電容器真空干燥原理的基礎(chǔ)上揚(yáng)長避短。在真空干燥控制的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)抽到一定的真空度時(shí)，絕緣材料中的水分的蒸發(fā)和凝結(jié)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，由于真空罐內(nèi)氣體分子的熱傳導(dǎo)降低，絕緣材料的毛細(xì)孔中的水分不能獲得足夠的能量變成水蒸汽。這時(shí)通過一個(gè)放氣閥向罐內(nèi)放入一定量的干燥空氣，以提高真空罐內(nèi)氣體分子的熱傳導(dǎo)，絕緣材料從表層到深層傳遞能量，使其毛細(xì)孔中的水分能獲得足夠的能量變成水蒸汽逸出被真空泵抽走。當(dāng)又抽到一定的真空度時(shí)，再向罐內(nèi)充一定干燥空氣……。這樣反復(fù)幾次，大大的提高了電容器芯子中的水分子蒸發(fā)的速度，達(dá)到徹底排除電容器芯子中的水分和氣體的作用。再通過一定的方法尋找一個(gè)結(jié)束點(diǎn)來判斷真空干燥是否真正結(jié)束而進(jìn)入灌注階段。
3　“變壓法”真空干燥浸漬設(shè)備

　　要實(shí)現(xiàn)“變壓法”真空干燥浸漬工藝，首先對(duì)現(xiàn)有的真空設(shè)備進(jìn)行改造。
3．1　對(duì)現(xiàn)有真空罐的加熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，在現(xiàn)有的真空罐內(nèi)底部加兩路排管，蒸汽從罐尾分兩路進(jìn)入罐底的排管中，兩路排管各通過3根管子把蒸汽引入罐夾套，從而對(duì)電容器進(jìn)行加熱。為使夾套中的冷凝水及時(shí)排出夾套，在真空罐外底部加一排水管，通過3個(gè)管子和罐夾套相連，當(dāng)夾套有積水首先流入排水管，在排水管出口處安裝了過濾器、排污閥、疏水器，還有一個(gè)液位器，平時(shí)疏水器工作，及時(shí)排出罐夾套中的積水，當(dāng)積水過多達(dá)到液位器中所規(guī)定的紅線位置，打開排污閥排出積水，保證了罐夾套中沒有積水，使蒸汽更有效的加熱罐內(nèi)的電容器。由實(shí)驗(yàn)可知：通過把鉑電阻溫度探頭放在罐內(nèi)、罐中、罐尾、罐左、罐右、罐頂、罐底，及3臺(tái)芯子中放有鉑電阻溫度探頭的模擬電容器放在罐門、罐中、罐尾，用引出線引出真空罐外，連接在自動(dòng)測(cè)溫儀上，每隔1小時(shí)打印一次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電容器芯子溫升比改造前加快，罐內(nèi)溫度比改造前均勻，溫差可控制在2℃以內(nèi)。
3．2　真空機(jī)組仍采用滑閥式真空泵加二級(jí)羅茨泵，但主閥采用帶位置指示器、波紋管軸封的高真空氣動(dòng)擋板閥，提高罐門、視鏡窗等處的密封性能，使真空罐的總漏率控制在10Pa．L／s。
3．3　采用德國萊寶公司的TM21型真空計(jì)，抗污染的TR216規(guī)管，帶打印控制部分，和信號(hào)輸出功能。以便監(jiān)督人工操作和對(duì)整個(gè)真空干燥浸漬過程進(jìn)行自動(dòng)控制。
3．4　在羅茨泵前安裝冷卻效果好的冷凝器，當(dāng)電容器芯子中的水分蒸發(fā)為蒸汽被真空泵抽走后，經(jīng)過冷凝器被冷卻成水放出真空系統(tǒng)。防止水蒸汽乳化泵油，提高真空泵的抽氣能力，延長真空泵的使用壽命。
4　“變壓法”真空干燥是否真正結(jié)束的判斷
4．1　判斷的依據(jù)
　　當(dāng)關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥t時(shí)間后，真空罐內(nèi)的真空度由下式?jīng)Q定：
 
式中：t—關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥到測(cè)真空度之間的時(shí)間；
      V—真空罐的總體積；
      p_t—關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥t時(shí)間后真空罐內(nèi)的真空度；
      p—關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥前真空罐內(nèi)的真空度；
      Q₀—真空罐的總漏率；
    —真空罐本身的表面放氣、罐內(nèi)電容器的芯子所含的氣體和加熱后蒸發(fā)的水蒸汽等所形成的放氣量。
　　 由于真空罐內(nèi)表面在t（t很?。r(shí)間內(nèi)的放氣可忽略不計(jì)，而在真空干燥真正結(jié)束時(shí)電容器芯子所含的氣體和水蒸汽都被真空泵抽走，即≈0上式可得：p_t＝p＋Q₀t／V，當(dāng)真空罐的總漏率一定，規(guī)定p、t為某一定值時(shí)，p_t應(yīng)是定值。關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥t時(shí)間后測(cè)真空度，實(shí)際所測(cè)真空度p_n應(yīng)趨于p_t，即p_n－p_t≤p_i（p_i為極小值），此時(shí)可判斷電容器的真空干燥已真正結(jié)束，可以進(jìn)入降溫、注油、浸漬階段直至出罐。

4．2　判斷方法

　　當(dāng)真空罐加熱到工藝所要求的溫度后開始抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到p時(shí)，關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥t后，觀察真空計(jì)的測(cè)量值p₁，當(dāng)p₁－p_t≥p_i時(shí)，則打開放氣閥向罐內(nèi)放干燥氣體到p_b后關(guān)閉放氣閥，再打開高真空氣動(dòng)擋板閥繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度又達(dá)到p時(shí)，重復(fù)上述過程，經(jīng)過反復(fù)幾次后，當(dāng)關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥經(jīng)過時(shí)間t后，真空計(jì)中的測(cè)量值p_n滿足p_n－p_t≤p_i，可以判斷電容器的真空干燥已真正結(jié)束，進(jìn)入降溫、注油、浸漬階段。具體操作過程見表1。
　　由于各真空干燥浸漬設(shè)備不同，p_t、p、t、Q₀、p_b、p_i參數(shù)應(yīng)該怎樣選擇，要通過實(shí)踐摸索才能確定。

5　工藝試驗(yàn)

　　首先把真空罐及槽車中的積油用干布擦干凈，然后關(guān)閉罐門加熱抽真空，烘干內(nèi)表面附著的積油使其變成蒸汽由真空泵抽走，直到內(nèi)表面干燥為至，停止加熱抽真空準(zhǔn)備做工藝試驗(yàn)。
　　打開罐門把BFM_r12／2－334－1的電容器28臺(tái)放在槽車內(nèi)，按單臺(tái)注油的方式連接好。然后關(guān)閉罐門，對(duì)真空罐加熱到80～90℃后，打開滑閥泵抽真空，溫度控制在80～90℃，當(dāng)真空度達(dá)到1kPa時(shí)，打開二級(jí)羅茨泵繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到1Pa時(shí)，關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥和羅茨泵，5min后，其真空度下降至2．56Pa，因2．56－1．35＞0．1，

（由p_t＝p＋Q₀t／V計(jì)算得1．35Pa，規(guī)定p_i為0．1），則打開放氣閥向真空罐內(nèi)充干燥大氣至真空度70kPa，關(guān)閉放氣閥，再打開高真空氣動(dòng)擋板閥抽真空達(dá)1kPa，再打開二級(jí)羅茨泵繼續(xù)抽真空達(dá)1Pa，重復(fù)以上過程，直到關(guān)閉高真空氣動(dòng)擋板閥5min后，真空度下降為1．42Pa，1．42－1．35＜0．1，則可以判斷真空干燥已真正結(jié)束。依次進(jìn)入降溫、注油、浸漬階段直至出罐。再選二種型號(hào)的電容器在同一個(gè)罐里做試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2，同時(shí)每　　一種型號(hào)的電容器取1臺(tái)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)與以前同類產(chǎn)品相比沒有異常

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