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斷路器的特殊要求和對控制單元參數(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)電容器組時會引起過電壓。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所引起的過電壓倍數(shù)會很大，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作也將會大大縮短它的壽命。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)計思想是通過計算讓斷路器在一個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)會議（CIGRE）統(tǒng)計數(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。我國雖然對這種先進技術(shù)也進行過研究，但截至1998年尚無實際應(yīng)用的例子。這與當(dāng)時人們懷疑它的動作穩(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行，用來限制并聯(lián)電抗器的分閘過電壓。到2001年底，將會有7套相位控制單元陸續(xù)投入運行，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的勵磁涌流^［3］。

2　對相位控制斷路器的要求

　　在不同的回路中對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。即要求斷路器操動機構(gòu)的性能很穩(wěn)定。每次的分合閘時間必須相等或相差0．5ms以下。即使操作電壓波動時也要滿足以上要求。
　　對應(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50Hz的電網(wǎng)這一時延為5ms。

3　相位控制單元的設(shè)計原理

　　相位控制單元是以計算機為核心的控制裝置。以ABB公司的SWITCHSYNCE113（以下簡稱為E113）為例，它由微機參考電壓電流輸入、操作命令輸入與輸出、警報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)控制單元得到一個合閘命令1時，計算機以近的一個電壓過零點選為它的時鐘零點。（這個電壓信號由電源側(cè)電壓互感器2上取得。）經(jīng)過了一定的時間T_VTOT后，E113控制單元給斷路器發(fā)出合閘信號3。這個時間T_VTOT的長度取決于計算機的運算時間、輸入到E113內(nèi)斷路器的合閘時間、以及在E113的自適應(yīng)模式下前一次斷路器的操作時間等。
　　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間上的分散性與繼電器的動作延遲等。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。

4　并聯(lián)電容器的合閘

　　由前所述，計算機的零點是參考電壓的過零點。而參考電壓不一定是斷路器的首合相上的電壓。其次，對每一種回路而言，都有其佳合閘或分閘相位角。我們把參考電壓　　零點到佳合閘（分閘）相位角之間的時間差定義為時延T_D1。對圖2^［1］合閘電容器的情況，參考電壓為R相，對R相，T_D1為零，對S相和T相分別為6．7和3．3ms（50Hz）．
　　實際上，斷路器的動作時間總有一定的分散性，滅弧介質(zhì)的絕緣強度也有差別，在考慮這兩項因素后，統(tǒng)計表明，佳的合閘時間比理論的佳合閘時間有一定延遲。記為時延T_D2。對合閘中性點接地的電容器組，取0． 3 ms。
　　因為斷路器合閘前總存在預(yù)擊穿，故實際關(guān)合時間比測量到的斷路器的合閘時間要短。這個時延為T_D3。（見圖2）。對合閘中性點接地的電容器組，取0．1 ms。
　　合閘中性點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

　?。?）采用相位控制高壓斷路器可以有效地限制操作過電壓。
　?。?）當(dāng)斷路器經(jīng)特殊設(shè)計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)斷路器時大大降低。據(jù)試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，過電壓倍數(shù)小于1．5倍。

參考文獻

［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： 本文主要闡述了運用“變壓法”對電容器進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。“變壓法”真空干燥浸漬工藝能縮短時間三分之一，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 　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、注油和浸漬這幾個階段。用測量真空度是否達到工藝要求和規(guī)定一定的時間來決定每一階段是否結(jié)束，是否可以進入下一個階段。它的缺點是進入注油階段前，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間已達到，但水分子的蒸發(fā)和凝結(jié)已達到動態(tài)平衡，電容器芯子中的水分也許未能完全排出，就進入灌注階段，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結(jié)束點來判斷真空干燥是否真正結(jié)束而進入灌注階段。
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壓力差ΔP，從而使水蒸汽從電容器芯子中擴散、遷移到周圍空間由真空泵抽走，達到排除電容器芯子中水分和氣體的作用，傳統(tǒng)方法要達到好的干燥效果，一是提高溫度，使電容器芯子中的水分能獲得足夠的動能變成水蒸汽，但溫度過高，絕緣材料會出現(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)和凝聚達到一個動態(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。三是延長干燥時間，浪費了大量的能源。
　　“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，絕緣材料中的水分的蒸發(fā)和凝結(jié)達到動態(tài)平衡時，由于真空罐內(nèi)氣體分子的熱傳導(dǎo)降低，絕緣材料的毛細孔中的水分不能獲得足夠的能量變成水蒸汽。這時通過一個放氣閥向罐內(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，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結(jié)束點來判斷真空干燥是否真正結(jié)束而進入灌注階段。
3　“變壓法”真空干燥浸漬設(shè)備

　　要實現(xiàn)“變壓法”真空干燥浸漬工藝，首先對現(xiàn)有的真空設(shè)備進行改造。
3．1　對現(xiàn)有真空罐的加熱系統(tǒng)進行改造，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，從而對電容器進行加熱。為使夾套中的冷凝水及時排出夾套，在真空罐外底部加一排水管，通過3個管子和罐夾套相連，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，還有一個液位器，平時疏水器工作，及時排出罐夾套中的積水，當(dāng)積水過多達到液位器中所規(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。由實驗可知：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，連接在自動測溫儀上，每隔1小時打印一次，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　真空機組仍采用滑閥式真空泵加二級羅茨泵，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，抗污染的TR216規(guī)管，帶打印控制部分，和信號輸出功能。以便監(jiān)督人工操作和對整個真空干燥浸漬過程進行自動控制。
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)閉高真空氣動擋板閥t時間后，真空罐內(nèi)的真空度由下式?jīng)Q定：
 
式中：t—關(guān)閉高真空氣動擋板閥到測真空度之間的時間；
      V—真空罐的總體積；
      p_t—關(guān)閉高真空氣動擋板閥t時間后真空罐內(nèi)的真空度；
      p—關(guān)閉高真空氣動擋板閥前真空罐內(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很小）時間內(nèi)的放氣可忽略不計，而在真空干燥真正結(jié)束時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，p_t應(yīng)是定值。關(guān)閉高真空氣動擋板閥t時間后測真空度，實際所測真空度p_n應(yīng)趨于p_t，即p_n－p_t≤p_i（p_i為極小值），此時可判斷電容器的真空干燥已真正結(jié)束，可以進入降溫、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)真空度達到p時，關(guān)閉高真空氣動擋板閥t后，觀察真空計的測量值p₁，當(dāng)p₁－p_t≥p_i時，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，再打開高真空氣動擋板閥繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度又達到p時，重復(fù)上述過程，經(jīng)過反復(fù)幾次后，當(dāng)關(guān)閉高真空氣動擋板閥經(jīng)過時間t后，真空計中的測量值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，要通過實踐摸索才能確定。

5　工藝試驗

　　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。
　　打開罐門把BFM_r12／2－334－1的電容器28臺放在槽車內(nèi)，按單臺注油的方式連接好。然后關(guān)閉罐門，對真空罐加熱到80～90℃后，打開滑閥泵抽真空，溫度控制在80～90℃，當(dāng)真空度達到1kPa時，打開二級羅茨泵繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達到1Pa時，關(guān)閉高真空氣動擋板閥和羅茨泵，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，再打開高真空氣動擋板閥抽真空達1kPa，再打開二級羅茨泵繼續(xù)抽真空達1Pa，重復(fù)以上過程，直到關(guān)閉高真空氣動擋板閥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。依次進入降溫、注油、浸漬階段直至出罐。再選二種型號的電容器在同一個罐里做試驗，試驗結(jié)果見表2，同時每　　一種型號的電容器取1臺進行運行試驗，測試數(shù)據(jù)與以前同類產(chǎn)品相比沒有異常

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