同期裝置ABBSWITCHSYNCF236原理及應(yīng)用

1、同期裝置switchsync f236原理及應(yīng)用甘運(yùn)良 袁鵬（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東省廣州市510405）摘 要：介紹了同期裝置switchsync f236的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理，針對(duì)應(yīng)用于交流濾波器開關(guān)和換流變開關(guān)的不同情況，分別分析了合/分閘時(shí)刻的選擇原理，并介紹了該裝置獨(dú)有的自適應(yīng)特性及實(shí)際使用效果。關(guān)鍵詞：同期合閘；勵(lì)磁涌流；自適應(yīng)中圖分類號(hào)：tm7120 引言同期裝置switchsync f236是abb公司新近推出的產(chǎn)品，能夠控制開關(guān)在最佳時(shí)刻進(jìn)行合/分閘操作，以減少涌流，縮短開關(guān)合/分閘瞬間產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程。肇慶換流站在交流濾波器小組開關(guān)和換流變開關(guān)上使用了f236，下

2、面對(duì)該裝置的工作原理和實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行介紹。1 f236裝置結(jié)構(gòu)及接線同期裝置switchsync f236基本結(jié)構(gòu)和接線見(jiàn)圖1。f236有1個(gè)參考電壓輸入，從電源測(cè)取單相電壓作為判斷最佳操作時(shí)刻的參考量；2個(gè)命令輸入端子，用于接收來(lái)自控制系統(tǒng)的合/分閘命令；3個(gè)模擬量回檢端子，用于檢測(cè)合閘之后的電壓/電流量，和裝置設(shè)定進(jìn)行誤差比較后，優(yōu)化下次的操作時(shí)間；6個(gè)命令輸出端子，分別輸出合/分閘命令到開關(guān)三相。圖1 f236裝置示意圖fig.1 device diagram of f2362 f236的原理和應(yīng)用圖2 f236控制原理圖fig.2 control diagram of f236同期裝

3、置switchsync f236能廣泛適用于電容器組、并聯(lián)電抗器、變壓器的合/分閘操作，下面以肇慶換流站為例，介紹f236的工程應(yīng)用。2.1在交流濾波器組上的應(yīng)用合閘涌流過(guò)大將會(huì)對(duì)濾波器設(shè)備造成嚴(yán)重沖擊，并容易造成電容器熔絲群爆等損壞。肇慶換流站的交流濾波器小組開關(guān)使用了f236裝置，控制開關(guān)在合適的時(shí)刻進(jìn)行合閘，減少涌流和暫態(tài)電壓。圖2中波形為開關(guān)電源測(cè)的參考電壓。為f236收到控制系統(tǒng)的合閘命令的時(shí)刻，經(jīng)過(guò)40ms的確認(rèn)時(shí)間，認(rèn)為合閘命令有效。在安全模式下，f236從時(shí)刻開始到連續(xù)檢測(cè)三個(gè)電壓過(guò)零點(diǎn)（一個(gè)周波一個(gè)），確定參考電壓的頻率穩(wěn)定，避免頻率波動(dòng)造成合閘誤差。為最終確定的參考電壓過(guò)零

4、點(diǎn)。為程序設(shè)定的目標(biāo)合閘瞬間，考慮到開關(guān)動(dòng)作時(shí)間，f236在經(jīng)過(guò)等待時(shí)間之后，在時(shí)刻提前發(fā)出合閘命令。這樣開關(guān)在參考電壓過(guò)零點(diǎn)合閘，涌流和暫態(tài)電壓最小。從圖2中可以得知，從f236從收到合閘命令到向開關(guān)輸出合閘命令之間大約經(jīng)過(guò)了120ms的延時(shí)。圖3 f236合閘延時(shí)示意圖fig.3 closing delay diagram of f236理想情況下，開關(guān)應(yīng)該在參考電壓過(guò)零點(diǎn)的位置合上，但在實(shí)際應(yīng)用上并不可行。以交流濾波器a相開關(guān)合閘情況為例，如圖3所示，uref為取自電源側(cè)的參考電壓a相，為方便比較，將負(fù)半周電壓波形翻轉(zhuǎn)到正半周。s為參考電壓過(guò)零點(diǎn)，td1是與參考電壓過(guò)零點(diǎn)的相位延時(shí)，a相

5、為0，b相為6.7ms（120），c相為3.3ms（60），換言之，s點(diǎn)就是理想的a相開關(guān)合閘點(diǎn)。但是考慮到合閘過(guò)程中的rdds（絕緣強(qiáng)度下降率）和機(jī)械延展時(shí)間，在s點(diǎn)合閘并不是最佳選擇。如圖中rdds1所示，雖然在s點(diǎn)與時(shí)間軸相交，是最理想的合閘情況，但是在到達(dá)s點(diǎn)之前，在a點(diǎn)rdds1即低于參考電壓，由于絕緣強(qiáng)度低于開關(guān)電壓，于是開關(guān)兩端開始放電，產(chǎn)生電弧。在這種情況下，開關(guān)的實(shí)際合閘時(shí)間為tp，很顯然，這并不令人滿意。所以，實(shí)際的最佳合閘時(shí)刻會(huì)比理論上的參考電壓過(guò)零點(diǎn)要滯后。如rdds2所示，在b點(diǎn)與參考電壓相交，開始產(chǎn)生電弧，td2為從電壓過(guò)零點(diǎn)到起弧的時(shí)間間隔，td3為燃弧時(shí)間，即從

6、起弧到開關(guān)觸頭最終接觸的時(shí)間間隔。實(shí)際的合閘時(shí)刻為tc ，比參考電壓過(guò)零點(diǎn)s滯后時(shí)間為td1、td2、td3之和，td2和td3數(shù)值上很小，即使rdds有一定的偏移，合閘前產(chǎn)生電弧的電壓也不大，涌流能夠滿足要求。在開關(guān)首次充電操作時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間、td1、td2、td3等參數(shù)都需要事先輸入f236裝置，作為開關(guān)初始操作的參考值，來(lái)確定開關(guān)合閘時(shí)間。但是開關(guān)長(zhǎng)時(shí)間使用之后，或者操作環(huán)境溫度的改變都會(huì)改變開關(guān)機(jī)械部分動(dòng)作時(shí)間，從而影響合閘時(shí)間的準(zhǔn)確性。f236特有的自適應(yīng)功能能夠根據(jù)上次操作的結(jié)果進(jìn)行自我修正。每次操作之后，f236將開關(guān)負(fù)荷側(cè)的電壓電流量作為回檢信號(hào)，和理想情況進(jìn)行比較，根

7、據(jù)合閘涌流情況自動(dòng)調(diào)節(jié)合閘延時(shí)，并可以根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，確保下次合閘時(shí)獲得更好的效果。這樣我們只需要在首次充電時(shí)對(duì)開關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，之后f236就可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大提高了合閘效果的穩(wěn)定性和便捷性。2.2在換流變上的應(yīng)用肇慶換流站的換流變開關(guān)使用了f236裝置來(lái)控制開關(guān)的合/分閘時(shí)刻，以減少涌流和暫態(tài)電壓。f236控制換流變開關(guān)合/分閘的原理和控制濾波器開關(guān)原理類似，不同的是，由于換流變的勵(lì)磁涌流由鐵芯中的磁通決定，而根據(jù)公式可知，在參考電壓最大時(shí)分合換流變開關(guān)，換流變鐵芯中磁通最小，因此產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流也最小?？梢?jiàn)，換流變開關(guān)理論上的最佳合/分閘時(shí)刻為參考電壓最大點(diǎn)而不是電壓過(guò)零點(diǎn)

8、。f236在控制交流濾波器開關(guān)時(shí)，是按照各自的設(shè)定時(shí)間控制各相開關(guān)操作，三相開關(guān)的合閘時(shí)間均不一致。但是應(yīng)用在換流變開關(guān)上的時(shí)候，情況有所不同。如圖4所示，當(dāng)換流變開關(guān)a相合上以后，在換流變鐵芯中產(chǎn)生磁通,從而在二次側(cè)的角型繞組產(chǎn)生線電壓uac，其余兩個(gè)繞組產(chǎn)生的線電壓ubaucbuac，方向與uac相反。相應(yīng)的，在換流變一次側(cè)感應(yīng)出電壓ub=uc=ua，方向與ua相反。如圖5所示，在a相開關(guān)在參考電壓a相電壓最高點(diǎn)s點(diǎn)（即a相磁通最低點(diǎn)）首先合上，由圖4得知b、c兩相產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和感應(yīng)磁通均相同。5ms之后到達(dá)p點(diǎn)，b、c兩相的感應(yīng)磁通與系統(tǒng)電壓產(chǎn)生的磁通相等。此時(shí)再同時(shí)合上b、c兩相開關(guān)

9、，磁通躍變最小，在b、c兩相產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流也最小?？梢?jiàn)，在合上換流變開關(guān)的時(shí)候，首先合上一相開關(guān)，然后延時(shí)5ms同時(shí)合上另外兩相開關(guān)。圖4 換流變角型繞組電壓感應(yīng)圖 圖5 合閘瞬間電壓、磁通圖fig.4 induvtive voltage diagram of transformer fig.5 induvtive voltage & flux diagram when closing 上面的分析和示圖均是基于換流變鐵芯剩磁為零的情況，眾所周知，實(shí)際上換流變鐵芯中存在的剩磁會(huì)使合閘后電壓造成偏移，增大勵(lì)磁涌流。因此為了減少勵(lì)磁涌流，我們必須要盡量減少剩磁。f236通過(guò)控制換流變開關(guān)的分閘時(shí)刻來(lái)

10、減少鐵芯剩磁。根據(jù)變壓器磁滯回線，在鐵芯磁通最小的時(shí)候斷電，鐵芯中殘留的磁通最小，即剩磁最小。與合閘控制類似，f236在參考電壓最高點(diǎn)，即磁通最小時(shí)斷開換流變一相開關(guān)，然后經(jīng)過(guò)5ms延時(shí)同時(shí)斷開另外兩相開關(guān)。這樣能保證換流變鐵芯中剩磁最小，因此為換流變開關(guān)的下次合閘操作創(chuàng)造了良好的條件。 根據(jù)肇慶換流站站系統(tǒng)調(diào)試期間的錄波情況來(lái)看，使用了f236裝置的開關(guān)在合/分閘時(shí)，時(shí)機(jī)選擇準(zhǔn)確，產(chǎn)生的涌流數(shù)值很小。而且由于自適應(yīng)功能的使用，使開關(guān)多次合/分閘的時(shí)刻誤差很小，實(shí)用效果比較理想。參考文獻(xiàn)1 貴廣直流輸電工程. point on wave系統(tǒng)手冊(cè)r作者簡(jiǎn)介：甘運(yùn)良，男， 助理工程師，從事高壓直流

11、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作。袁鵬，男，助理工程師，從事高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作。the application of switchsync f236in zhaoqing converter station in gui-guang hvdc projectgan yunliang,yuan peng (csg. ultra high voltage co. gz bureau，guangzhou 510405 china)abstract: the structure and the principle of switchsync f236 are introduced in this paper. according to different characteristics between filter breaker and transformer breaker,the principle of how to choose clo