[实用新型]一种用于电容器投切的开关电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力系统配电网自动化领域，特别是涉及一种用于电容器投切的开关电路。

背景技术

在电力系统中，电容器广泛地用于对电网进行无功补偿、调整电压、抑制谐波等应用场合，是电力系统配电网自动化的重要设备之一。

在电容器投入电网时，由于电容器的本质特性，其在投入电网时，会产生涌流，电容器投入时涌流的大小与电容器投入时的电容器与电源间的电压差有关，有时涌流可以超过百倍以上的电容器额定电流大小，如此巨大的涌流会对电容器的寿命产生很大的影响、对电网产生严重干扰，同时亦可能会损坏电容器的投切开关部件。

在电容器退出电网时，由于电容器已接入电网，电容器投切开关部件中有相应的电容器电流通过，此时对电容器的投切开关提出了分断电流、消除闪弧、拉弧的要求，以保证电容器可正确分断。

目前在电容器的投切开关主要有交流接触器、晶闸管开关、复合开关及选相开关等方式。

交流接触器是纯机械部件，理论上不存在最佳操作相位点，投切瞬时点不可选择，在投入或切除电网时，由于其投切相位点是随机的，投入时会产生幅值很大、频率很高的浪涌电流，退出时易产生电弧、烧损触头。

晶闸管开关是随着电力电子器件应用的发展和普及而研发的以可控硅为核心的投切部件，其原理为通过电压过零检测控制，利用晶闸管的快速响应特性，保证在电压过零时投入电容器，避免合闸涌流，同时利用晶闸管自身的电流过零关断特性，消除了电容器退出的电弧等问题。然而，晶闸管开关由于可控硅的导通压降特性，存在着很大的功率损耗，且可控硅是易损耗部件，在温度过高时会出现瞬时击穿，因此晶闸管开关必须配备大面积的散热器甚至风扇等设备进行散热；同时可控硅对电压变化率非常敏感，在电网中存在谐波较大时如果电压过零判断出现偏差，易使晶闸管开关发生误导通而产生大涌流而使其损坏。同时晶闸管开关除了以上的特性外，同时由于结构复杂、体积大、损耗大、成本高、可靠性差，严重限制了晶闸管开关的应用。

复合开关技术就是将晶闸管与继电器接点并联使用，利用晶闸管的快速响应，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。然而由于复合开关的投切过程与晶闸管开关的投切过程的原理完全相同，都是利用晶闸管的实时响应快的特性和自身的过零关断特性来实现电压过零投入、电流过零退出的，在投入后由继电器承担负荷电流，其从根本上只是解决了晶闸管开关的功率损耗问题，晶闸管固开关存在的电压过零偏差产生的误导通、晶闸管开关的du/dt敏感性都未能解决，晶闸管开关投退过程中存在的暂态问题复合开关依旧存在。同时复合开关技术既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得相当复杂。

同步开关（又名选相开关）是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。通过控制电容器的机械开关（如继电器）使其在电压过零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。然而同步开关的基础亦是机械开关，由于机械开关的动作特性，其动作的速度响应有延迟，单个机械开关元件的动作时间差异性等问题，同步开关并不能准确做到真正的过零点投退无法做到精确的过零投退以消除涌流、拉弧等问题。

综上所述，交流接触器不具备抑制涌流和消除闪弧的功能，是纯机械性部件，而晶闸管、复合开关、同步开关其共同的特点是电压过零投入、电流过零退出，由于电压过零检测的误差，在电压过零点时，根据电容器的充电电流计算公式ic=c*(du/dt)可知，而在电压过零时，由电压的正弦特性可知，在电压过零点附近的微小时间差引起的电压偏移是非常大的，即产生的du/dt是极大的，投入涌流亦是极大的。

机械开关（交流接触器、继电器等）的优点是接通阻抗低，投入运行几乎无损耗，无须配备散热设备，而其最大的缺点是由于机械开关的动作响应延迟特点，无法准确的控制合分时刻点。

可控硅开关（或复合开关中的可控硅部件）的优点在于由于其控制响应速度快，可准确控制合分时刻点，缺点在于由于硅部件的导通压降，投入运行时会有较大的损耗，需要配备散热设备，同时可控硅部件的过热击穿、电压突变引起误导通等特性，亦使得硅部件较易损坏。

发明内容