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本文針對國內(nèi)現(xiàn)有低壓無功補償裝置的運行現(xiàn)狀，結(jié)合無功補償裝置的實用性，經(jīng)濟性和可靠性，對現(xiàn)有補償裝置的分組投切開關(guān)進(jìn)行研究改進(jìn)，提出將機械式投切開關(guān)(MSC)與無觸點電子開關(guān)（TSC）相結(jié)合組成復(fù)合開關(guān)，共同控制電容器組的投切，實現(xiàn)對低壓電網(wǎng)的環(huán)保、高效、安全可靠的智能無功補償控制。
電網(wǎng)功率因數(shù)偏低已成為當(dāng)今供電領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一。無功補償是維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，維護電力系統(tǒng)安全運行的重要手段。目前，國內(nèi)集中無功補償裝置研究多以高壓系統(tǒng)為主，而針對低壓分組投切的裝置，國內(nèi)目前仍多以交流接觸器(Mechanical Switching Capacitors -MSC)作為電容器投切開關(guān)為主，也有一些場合選擇雙向可控硅（Thyristor Switch Capacitor TSC）來控制。
結(jié)合目前我國低壓電網(wǎng)運行的現(xiàn)狀，針對無功補償裝置實際運行中存在的投切涌流大、投切效率低、控制方式落后等問題，筆者提出將機械式投切開關(guān)與無觸點電子開關(guān)相結(jié)合(即MSC+TSC)組成復(fù)合開關(guān)，應(yīng)用于無功補償裝置，共同控制電容器組的投切。
1.TSC+MSC復(fù)合開關(guān)的工作原理
(a) TSC+MSC結(jié)構(gòu)
(b) TSC+MSC接線形式
該裝置結(jié)構(gòu)由晶閘管主電路與交流接觸器主接點并聯(lián)形成，工作時動作次序為：
1)投入時：選擇電壓過零時刻觸發(fā)晶閘管，將電容器接入電網(wǎng)并保持，繼而吸合交流接觸器并保持，待電路穩(wěn)定，再斷開晶閘管。
2)切除時：先觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，然后斷開交流接觸器，最后切除晶閘管的觸發(fā)信號，在電流過零時使晶閘管自然關(guān)斷。
3)缺相指示：運行前電壓或電流缺相，吸合LED閃爍告警頻率，0.5秒/次，運行中電壓或電流缺相，吸合LED閃爍告警，頻率1秒/次。
2.TSC+MSC復(fù)合開關(guān)的控制特點
將電容器投切和運行的不同特性，分為暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個過程，分別采用不同特性的器件進(jìn)行控制。
2.1暫態(tài)開關(guān)—可控硅
利用晶閘管的易控和無觸點特性，使反向并聯(lián)晶閘管工作在電容器投切瞬間的暫態(tài)過程中，起到抑制涌流、過壓和拉弧現(xiàn)象，并能實現(xiàn)快速投切。結(jié)合整個無功補償裝置來講，控制器根據(jù)系統(tǒng)電壓和無功情況做出投切決策，并將投切指令傳達(dá)給晶閘管觸發(fā)電路，由觸發(fā)信號來控制晶閘管的開通和關(guān)斷。
2.2穩(wěn)態(tài)開關(guān)—交流接觸器
利用交流接觸器在可靠閉合時，其主觸點接觸電阻小、導(dǎo)通容量大、壓降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在電容器投入后和切除前的穩(wěn)態(tài)過程中，起到電容器向電網(wǎng)提供無功能量的主通道作用。
3.TSC+MSC復(fù)合開關(guān)的元件選型
由于補償裝置的投切開關(guān)要用到可控硅和交流接觸器兩種元件，因此要結(jié)合各自的功能特點和選型標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行選擇。
3.1可控硅選型
目前，市面上可供選擇的晶閘管開關(guān)種類繁多，應(yīng)用比較廣泛的大致有雙向可控硅反并聯(lián)模塊結(jié)構(gòu)和雙向可控硅分立元件結(jié)構(gòu)和兩種形式。本裝置中選用反并聯(lián)模塊做雙向可控硅投切電容器的半導(dǎo)體開關(guān)。
該元件具有以下一系列特點：
(1)國際標(biāo)準(zhǔn)封裝，芯片與底板電氣絕緣。
(2)全壓接結(jié)構(gòu)或氮氣保護焊接結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的溫度特性和功率循環(huán)能力。
(3)安裝簡單，重量輕。
3.2接觸器選型
可選擇通用型交流接觸器或切換電容器專用交流接觸器來實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制。二者的區(qū)別在于，電容器投切專用在主觸點上加裝了一套限流阻抗，很大程度上抑制了接通時出現(xiàn)的涌流。
國內(nèi)外接觸器生產(chǎn)廠家有很多，如西門子、施耐德、正泰等。以ABB公司提供的UA系列帶有串限流電阻結(jié)構(gòu)的投切電容器接觸器為例，其功能特點有：
(1)限流主觸頭和接觸器主觸頭在正常運行中是分開的，它們各行其事。
(2)輔助觸點多，32A以下為三對，40A以上為4對，可以任意組合常開常閉。
(3)設(shè)計切換電容器所控制的容量，安全系數(shù)大，并有一定的余量，安全可靠。
(4)限流電阻組對稱，線狀，絕緣，耐熱。
(5)產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)高，具有高的分?jǐn)嗄芰拖蘖髂芰Α?/p>
適用于通斷進(jìn)行功率補償?shù)膯渭壔蚨嗉夒娙萜鹘M。
4.TSC+MSC復(fù)合開關(guān)的功能特點
1)暫態(tài)開關(guān)與穩(wěn)態(tài)開關(guān)相互獨立，系統(tǒng)的抗干擾性能提高。
2)獨立的控制單元具有通用性，可根據(jù)補償電容器的實際容量，與不同容量的交流接觸器配套使用。
3)整個補償裝置器件損壞時互換性好、配置靈活，運行可靠。
本文中所研究的TSC+MSC型復(fù)合開關(guān)，完全克服了該特殊應(yīng)用領(lǐng)域中兩代傳統(tǒng)產(chǎn)品(MSC和TSC)各自原理性和先天性的缺點，集成了兩者各自的優(yōu)點，即：開關(guān)在接通和斷開的瞬間具有可控硅過零投切的優(yōu)點，由晶閘管精確控制電容器投切時刻，實現(xiàn)電容器的無涌流投入；而在正常接通期間又具有機械開關(guān)無功耗的優(yōu)點，由接觸器來保持電容器的連續(xù)運行。完全滿足了電力系統(tǒng)無功補償電容器在“投入—運行—切除”全過程對開關(guān)產(chǎn)品的特殊功能需要，可大大延長電容器的使用壽命。
