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1、同期装置SWITCHSYNC F236原理及应用甘运良 袁鹏（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东省广州市510405）摘 要：介绍了同期装置SWITCHSYNC F236的结构及动作原理，针对应用于交流滤波器开关和换流变开关的不同情况，分别分析了合/分闸时刻的选择原理，并介绍了该装置独有的自适应特性及实际使用效果。关键词：同期合闸；励磁涌流；自适应中图分类号：TM7120 引言同期装置SWITCHSYNC F236是ABB公司新近推出的产品，能够控制开关在最佳时刻进行合/分闸操作，以减少涌流，缩短开关合/分闸瞬间产生的暂态过程。肇庆换流站在交流滤波器小组开关和换流变开关上使用了F236，下
2、面对该装置的工作原理和实际应用效果进行介绍。1 F236装置结构及接线同期装置SWITCHSYNC F236基本结构和接线见图1。F236有1个参考电压输入，从电源测取单相电压作为判断最佳操作时刻的参考量；2个命令输入端子，用于接收来自控制系统的合/分闸命令；3个模拟量回检端子，用于检测合闸之后的电压/电流量，和装置设定进行误差比较后，优化下次的操作时间；6个命令输出端子，分别输出合/分闸命令到开关三相。图1 F236装置示意图Fig.1 device diagram of F2362 F236的原理和应用图2 F236控制原理图Fig.2 control diagram of F236同期装
3、置SWITCHSYNC F236能广泛适用于电容器组、并联电抗器、变压器的合/分闸操作，下面以肇庆换流站为例，介绍F236的工程应用。2.1在交流滤波器组上的应用合闸涌流过大将会对滤波器设备造成严重冲击，并容易造成电容器熔丝群爆等损坏。肇庆换流站的交流滤波器小组开关使用了F236装置，控制开关在合适的时刻进行合闸，减少涌流和暂态电压。图2中波形为开关电源测的参考电压。为F236收到控制系统的合闸命令的时刻，经过40ms的确认时间，认为合闸命令有效。在安全模式下，F236从时刻开始到连续检测三个电压过零点（一个周波一个），确定参考电压的频率稳定，避免频率波动造成合闸误差。为最终确定的参考电压过零
4、点。为程序设定的目标合闸瞬间，考虑到开关动作时间，F236在经过等待时间之后，在时刻提前发出合闸命令。这样开关在参考电压过零点合闸，涌流和暂态电压最小。从图2中可以得知，从F236从收到合闸命令到向开关输出合闸命令之间大约经过了120ms的延时。图3 F236合闸延时示意图Fig.3 closing delay diagram of F236理想情况下，开关应该在参考电压过零点的位置合上，但在实际应用上并不可行。以交流滤波器A相开关合闸情况为例，如图3所示，Uref为取自电源侧的参考电压A相，为方便比较，将负半周电压波形翻转到正半周。s为参考电压过零点，TD1是与参考电压过零点的相位延时，A相
5、为0，B相为6.7ms（120），C相为3.3ms（60），换言之，s点就是理想的A相开关合闸点。但是考虑到合闸过程中的RDDS（绝缘强度下降率）和机械延展时间，在s点合闸并不是最佳选择。如图中RDDS1所示，虽然在s点与时间轴相交，是最理想的合闸情况，但是在到达s点之前，在a点RDDS1即低于参考电压，由于绝缘强度低于开关电压，于是开关两端开始放电，产生电弧。在这种情况下，开关的实际合闸时间为TP，很显然，这并不令人满意。所以，实际的最佳合闸时刻会比理论上的参考电压过零点要滞后。如RDDS2所示，在b点与参考电压相交，开始产生电弧，TD2为从电压过零点到起弧的时间间隔，TD3为燃弧时间，即从
6、起弧到开关触头最终接触的时间间隔。实际的合闸时刻为TC ，比参考电压过零点s滞后时间为TD1、TD2、TD3之和，TD2和TD3数值上很小，即使RDDS有一定的偏移，合闸前产生电弧的电压也不大，涌流能够满足要求。在开关首次充电操作时，相应的开关动作时间、TD1、TD2、TD3等参数都需要事先输入F236装置，作为开关初始操作的参考值，来确定开关合闸时间。但是开关长时间使用之后，或者操作环境温度的改变都会改变开关机械部分动作时间，从而影响合闸时间的准确性。F236特有的自适应功能能够根据上次操作的结果进行自我修正。每次操作之后，F236将开关负荷侧的电压电流量作为回检信号，和理想情况进行比较，根
7、据合闸涌流情况自动调节合闸延时，并可以根据环境温度进行相应的补偿，确保下次合闸时获得更好的效果。这样我们只需要在首次充电时对开关参数进行设置，之后F236就可以自动进行调节，大大提高了合闸效果的稳定性和便捷性。2.2在换流变上的应用肇庆换流站的换流变开关使用了F236装置来控制开关的合/分闸时刻，以减少涌流和暂态电压。F236控制换流变开关合/分闸的原理和控制滤波器开关原理类似，不同的是，由于换流变的励磁涌流由铁芯中的磁通决定，而根据公式可知，在参考电压最大时分合换流变开关，换流变铁芯中磁通最小，因此产生的励磁涌流也最小。可见，换流变开关理论上的最佳合/分闸时刻为参考电压最大点而不是电压过零点
8、。F236在控制交流滤波器开关时，是按照各自的设定时间控制各相开关操作，三相开关的合闸时间均不一致。但是应用在换流变开关上的时候，情况有所不同。如图4所示，当换流变开关A相合上以后，在换流变铁芯中产生磁通,从而在二次侧的角型绕组产生线电压Uac，其余两个绕组产生的线电压UbaUcbUac，方向与Uac相反。相应的，在换流变一次侧感应出电压UB=UC=UA，方向与UA相反。如图5所示，在A相开关在参考电压A相电压最高点s点（即A相磁通最低点）首先合上，由图4得知B、C两相产生的感应电压和感应磁通均相同。5ms之后到达p点，B、C两相的感应磁通与系统电压产生的磁通相等。此时再同时合上B、C两相开关
9、，磁通跃变最小，在B、C两相产生的励磁涌流也最小。可见，在合上换流变开关的时候，首先合上一相开关，然后延时5ms同时合上另外两相开关。图4 换流变角型绕组电压感应图 图5 合闸瞬间电压、磁通图Fig.4 induvtive voltage diagram of transformer Fig.5 induvtive voltage & flux diagram when closing 上面的分析和示图均是基于换流变铁芯剩磁为零的情况，众所周知，实际上换流变铁芯中存在的剩磁会使合闸后电压造成偏移，增大励磁涌流。因此为了减少励磁涌流，我们必须要尽量减少剩磁。F236通过控制换流变开关的分闸时刻来
10、减少铁芯剩磁。根据变压器磁滞回线，在铁芯磁通最小的时候断电，铁芯中残留的磁通最小，即剩磁最小。与合闸控制类似，F236在参考电压最高点，即磁通最小时断开换流变一相开关，然后经过5ms延时同时断开另外两相开关。这样能保证换流变铁芯中剩磁最小，因此为换流变开关的下次合闸操作创造了良好的条件。 根据肇庆换流站站系统调试期间的录波情况来看，使用了F236装置的开关在合/分闸时，时机选择准确，产生的涌流数值很小。而且由于自适应功能的使用，使开关多次合/分闸的时刻误差很小，实用效果比较理想。参考文献1 贵广直流输电工程. Point on wave系统手册R作者简介：甘运良，男， 助理工程师，从事高压直流
11、系统运行维护工作。袁鹏，男，助理工程师，从事高压直流系统运行维护工作。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.
12、According to different characteristics between filter breaker and transformer breaker,the principle of how to choose closing/opening time are analyzed dividedly. Otherwise,the particular self adaptive function and its effect is introduced.KEYWORDS: switch synchronizely; inrush current; self adaptive
