[发明专利]断路器同步控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力供电中的断路器控制器技术领域，特别是采用现代电力电子技术实现中高压断路器的同步控制的断路器同步控制器及其控制方法。

背景技术

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，社会对电力的需求越来越大。而电力法的公布和执行，更要求电力供电部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。在供电和配电系统中，断路器是十分重要的电气设备，它主要有两个用途：一是控制作用，即根据电网运行的需要投入或切出一部分设备或线路；二是保护作用，即在电力元件或线路发生故障时，能自动迅速有选择地将故障元件和线路从运行的系统中切除分离出来，避免故障元件继续遭受损害，并保证无故障部分能迅速恢复正常。目前，几乎所有的断路器都采用手动或自动方式进行合闸和分闸操作，在开断和关合电力设备的瞬时，所处系统电压的初相角通常都是随机的和不确定的，因此会产生不同程度的暂态过程。例如，在关合空载变压器、电容器组和空载线路时，常常产生幅值很高的涌流和过电压。幅值很大的涌流将导致断路器触电受损、变压器绕组产生机械应力及继电器误动作；过电压可能导致设备局部放电，绝缘被破坏；这些不仅对系统中的设备不利，还影响电力系统的稳定运行。为了减小暂态过程，一是可以采用固态断路器，即利用高速无触点的电力电子器件如晶闸管，GTO和IGCT作为无弧电子开关，也称固态开关，来替代传统的机械式开关，但它控制复杂，价格昂贵，同时由于开关器件自身在开关过程和导通状态下均存在损耗，特别是作为断路器使用时，其导通过程中的功率损耗等于线路的工作电流和器件通态的管压降的乘积，是一个相当大的数值。上述功率损耗不仅造成能量的浪费，还会转化为热能导致器件温度的上升，影响到器件的正常工作和可靠性，因此必须采用适当的手段进行冷却，这又造成系统复杂性的增加和可靠性的降低。另一种常用的方法是断路器动、静触头在控制系统的控制下，在电网电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合，即对断路器进行同步控制。所谓断路器同步控制技术是指断路器的动、静触头在系统电压波形的指定相角处关合，使得空载变压器、电容器和空载线路等电力设备在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。同步控制技术实现开关主触头在零电压时关合和零电流时分断以大幅度提高开关的通断特性。相比固态断路器它结构及控制简单、可靠性高、价格低。利用同步关合技术可以降低合闸操作暂态过程中的过电流和过电压，从而提高电力设备的寿命和系统运行的稳定性。采用同步关合技术可以达到以下效果：

(1)减小合闸操作的涌流和过电压。

幅值很大的涌流将导致断路器触点受损，变压器绕组产生机械应力，保护继电器误动作。过电压可能导致设备局部放电。采用同步合闸可以减小涌流的幅值和电压的扰动，从限制瞬态电压的效果和经济性等方面考虑，都比通常所用的预置合闸电阻和避雷器要好得多。

(2)提高电能质量和系统的稳定性。

在日益竞争激烈的能源市场中，电能质量正在成为一个重要的性能指标。在以前认为可以接受的一些微小变化的暂态过程会由于电力电子的应用的增长而有所上升，造成不希望出现的故障状态而导致生产过程停滞和巨大的产量损失。开关操作的暂态过程对配电系统会产生各种干扰，它们包括恶劣的电能质量导致的保护不按时动作和不可接受的过电压导致的严重危害和早期故障。开关本地产生的暂态过电压可能会传播到远处，有时会影响其他用户并发展到不同的电压等级。同步关合技术可以减小在对负载进行合闸操作时电网设备所承受的过电流和过电压的作用，有效的改善了电能质量并提高了系统的稳定性。

(3)延长了电器的使用寿命和检修周期，降低了成本。

同步关合技术的应用使断路器和电力系统中的其它电器在合闸操作中承受的过电流和过电压大大减小，从而延长了使用寿命和检修周期。同时，同步关合技术的实现可以取代传统的合闸电阻，合闸电感和串联电抗器等辅助设备，所增加的是一套成本较低的控制系统，从而降低了成本。