CN1725586A - 相位控制开关装置 - Google Patents

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CN1725586A
CN1725586A CN200510066642.2A CN200510066642A CN1725586A CN 1725586 A CN1725586 A CN 1725586A CN 200510066642 A CN200510066642 A CN 200510066642A CN 1725586 A CN1725586 A CN 1725586A
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Abstract

一种相位控制开关装置，该装置在三相的各断路器断开之同时还三相一起切断电流的情况下，控制断路器的接通断开动作，使得即使在第1相刚关合后的第2关合相及第3关合相的剩余磁通的差近似为零。在三相中任一相的电压零点，使各断路器50的各灭弧室内的各触头三相同时断开。在三相的各断路器50断开之同时如三相一起切断电流，则由于能控制变压器10的各相剩余磁通大小，使得电压零点处断开的相的剩余磁通大小为最大(例如－2K或+2K)，其它的两相的剩余磁通大小为和电压零点处断开的相的剩余磁通大小极性相反、大小约为其1/2的近似相同的剩余磁通大小(例如+K和+K、或－K和－K)，故通过将电压零点断开的相作为第1个相关合，在第1相刚关合后的第2关合相及第3关合相的剩余磁通的差就能近似为零。

Description

相位控制开关装置
技术领域
本发明有关一种相位控制开关装置，该装置是考虑到变压器、分路电抗器等变电设备的铁心的剩余磁通，通过控制断路器等电力用开关装置的开关时刻，对于接在电力***上的变电设备，将随着过度剧烈的开关装置的开关动作而产生的过渡励磁冲击电流。
背景技术
现有的相位控制开关装置是在变压器铁心及分路电抗器铁心有剩余磁通时，预测变压器或分路电抗器各相的剩余磁通，同时在与各相的剩余磁通对应的最佳关合时刻使断路器动作，通过这样以制止过渡性的开关浪涌现象(例如参照专利文献1)。
(专利文献1)特开2001-218354号公报(段落序号0004、0007、0008、图1、图24等)
发明内容
现有的相位控制开关装置中，因当三相的各断路器断开时，是在各相分别以市电频率的电角度60度间隔来到的电流零点处进行断开，故第1断开相的剩余磁通为零，第2或第3断开相的剩余磁通为+K或-K。因此，例如尽管考虑到各相的剩余磁通来控制断路器的接通动作，在第1相(例如剩余磁通为+K的相)刚关合后，由于在第2关合相(例如剩余磁通-K的相)及第3关合相(例如剩余磁通为零的相)的剩余磁通数值上有差异，所以在该状态下如关合第2关合相及第3关合相，则第2关合相或第3关合相中任何一相或者两相就都会以剩余磁通和稳定磁通不一致的电角度关合。因而产生磁通的过渡现象，由于第2关合相或第3关合相中的任一相或两相都有直流分量磁通重叠，所以存在的问题是一发生磁饱和，对于变压器就无法将随着开关装置过度剧烈的开关动作而产生的过渡励磁冲击电流抑制在最低的限度。
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种相位控制开关装置，该装置控制断路器的接通断开动作，使得在开关断开之同时，三相一起切断电流的情况下，即使在第1相刚关合后，第2关合相及第3关合相的剩余磁通之差也近似为零。
本申请涉及的相位控制开关装置中，包括与电力***连接的变电设备；与该变电设备连接并断开所述变电设备的故障电流或负载电流、同时还为了对所述变电设备励磁而关合的每一相的断路器；检测所述每一相的断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压的电压检测部：以及考虑所述变电设备的剩余磁通对所述每一相的断路器进行开关控制的相位控制开关运算处理部，使得所述每一相的断路器在接到断开指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据设在各相上的所述电压检测部测得的电压波形的相位，预测一个相的周期性的零点，在所述一个相的电压零点附近使所述断路器的各触头三相同时断开，在所述每一个相的断路器接到接通指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据所述一个相的所述电压检测部测得的所述一个相的电压波形的相位，预测所述一个相的周期性的零点，设在电压零点处断开的所述一个相为第1关合相，考虑到所述变电设备的剩余磁通，在关合时的励磁冲击电流几乎为最小的关合点上关合，其余的相在所述一个相的关合点之后的所述一个相的电压零点附近关合。
本申请的又一方面为包括与电力***连接的变电设备；与该变电设备连接并断开所述变电设备的故障电流或负载电流、同时还为了对所述变电设备励磁而关合的每一相的断路器；检测三相中的某一特定相的所述断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压的电压检测部；以及考虑到所述变电设备的剩余磁通进行所述每一相断路器的开关控制的相位控制开关运算处理部，使得在所述每一相断路器接到断开指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部具有能设定所述特定相的功能，根据由设在所述特定相上的所述电压检测部测得的电压波形的相位，预测所述特定相的周期性的零点，在所述特定相的电压零点附近使所述断路器的各触头三相同时断开，在所述每一相的断路器接到接通指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据由所述特定相的所述电压检测部测得的所述特定相的电压波形的相位，预测所述特定相的周期性的零点，设在电压零点处断开的所述特定相为第1关合相，考虑到所述变电设备的剩余磁通，在关合时的励磁冲击电流近似为最小的关合点处关合，其余的相在所述特定相的关合点后的所述特定相的电压零点附近关合。
根据本发明的相位控制开关装置，在三相中的任一相或设定的特定相的电压零点处使各断路器的各触头三相同时断开，通过将电压零点处断开的相作为第1个关合相，与三相的各断路器断开之同时若三相一起切断电流，则由于能将变电设备各相剩余磁通大小控制成使电压零点处断开的相的剩余磁通大小为最大(例如为-2K、或+2K)，使其它两相的剩余磁通是和在电压零点处断开的相的剩余磁通大小极性相反、大小约为其1/2大致相同的剩余磁通大小(例如+K和+K或-K和-K)，通过将电压零点断开的相第1个关合，从而第1相刚关合之后的第2关合相及第3关合相的剩余磁通之差能近似为零。因此，由于能以这些剩余磁通和稳定磁通几乎一致的电角度关合第2关合相及第3关合相，所以能制止磁通过渡现象的产生，形成对称磁通，制止磁饱和现象的产生，对于变电设备能将随着开关装置过度剧烈的开关动作而产生的励磁冲击电流抑制在最低限度。
附图说明
图1为表示本发明实施形态1的相位控制开关装置的构成方框图。
图2为说明本发明的相位控制开关装置的断开动作用的表示各相的电压、电流、磁通变化等的时序图。
图3为说明本发明的相位控制开关装置的接通动作的时序图。
图4为表示对于图3的时序图的接通动作的各相电压、电流、磁通变化的时序图。
标号说明
10变压器、50断路器、31接通断开信号、32检测数据、52a、52b、52c灭弧室、54a、54b、54c操作装置、72a、72b、72c及73a、73b、73c电压检测部、80…相位控制开关运算处理部、81运算·动作控制部、81a断开相位检测手段、81b关合相位检测手段、82基准相位检测部、83剩余磁通检测部。
具体实施方式
实施形态1
图1为表示本发明实施形态1的相位控制开关装置的构成方框图。图1中，10为变压器或分路电抗器等变电设备，以下用变压器10为代表进行表示。变压器10通过断路器50，接输电线的电力***。由于该断路器50的灭弧室52a、52b、52c内的各触头能独立进行开关动作，故有各自独立的操作装置54a、54b、54c。各R、S、T相的变压器10和断路器50之间、及各R、S、T相的断路器50的电力***一侧上设置测量各自电压的电压检测部72a、72b、72c及73a、73b、73c。而相位控制开关运算处理部80用计算机等构成，作为功能包括基准相位检测部82、运算·动作控制部81、剩余磁通检测部83。另外，接通断开信号31、及操作装置54a、54b、54c的周围温度、操作压力、控制电压的检测数据32输入运算·动作控制部81。接通断开信号31为发给断路器50的接通断开指令。
图2为说明本发明的相位控制开关装置的断开动作用的表示各相的电压、电流、磁通变化等的时序图。图2中，从上开始依次表示各相的电力***一侧的电压(记作为电源电压)、各相的断路器50的灭弧室52a、52b、52c内的各触头的主电路接点(记作为主电路)、发给各相的断路器50的断开指令、各相断路器50的动作过程(记述为行程)、发给各相断路器50的断开信号、各相的变压器电压、根据各相的变压器电压预测的变压器磁通、各相断路器50中流动的电流。还有，图2的Tori，Tori+1，Toti，Toti+1，Tosi，Tosi+1表示各相的电压零点。
以下，利用图2说明相位控制开关装置的断开动作。各R、S、T相电压用各电压检测部72a、72b、72c及73a、73b、73c一直进行检测，发送给相位控制开关运算处理部80的剩余磁通检测部83及基准相位检测部82。剩余磁通检测部83中，在断路器50接受断开指令时，将断开指令作为触发信号，根据接到断开指令前后设在各相断路器50的变压器一侧的电压检测部72a、72b、72c测得的电压值，计算各相的变压器10的剩余磁通。基准相位检测部82中，根据设在各相断路器50的电力***一侧的电压检测部73a、73b、73c测得的电压值，检测各R、S、T相的电压波形的相位和电压零点的周期。通过进行检测，从而能预测各相的周期性的电压零点。
在断路器50接到断开指令的情况下，运算·动作控制部81将经过运算时间Tcal后最早迎来电压零点的相、例如如图2所示的R相的电压零点设为基准点Tstandard。运算·动作控制部81计算根据操作装置54a、54b、54c的周围温度、操作压力、控制电压的检测数据预测到的断开动作时间Topen，同时计算从成为基准的相的电压零点的断开时刻(电角度)点(断开目标点)Ttarget到基准点Tstandard的时间中减去预测到的断开动作时间Topen而求出的动作同步时间Tcont(断开相位检测手段81a)。还有，运算·动作控制部81的运算时间Tcal为在断路器50接到断开指令后、到计算出求得发出断开信号的相位用的所述动作同步时间Tcont为止的时间。
运算·动作控制部81在经过从基准点Tstandard开始计算的动作同步时间Tcont后，将断开信号给各相操作装置54a、54b、54c进行控制，使各灭弧室52a、52b、52c内的各触头按规定的电角度三相同时进行断开动作，三相同时切断电流。
例如，如图2所示，在R相的电压零点各灭弧室52a、52b、52c内的各触头三相同时断开并切断电流时，各相剩余磁通大小在电压零点处断开的R相为剩余磁通最大的相，为-57％，其余的S相及T相为和电压零点处断开的R相的剩余磁通大小的极性相反、大小为其1/2，剩余磁通大小几乎相同，为+31％及+26％。
这是由于断开点的各相剩余磁通大小在电压零点处切断的R相为最大，其它的S相及T相与R相的一半大小的地点相当，电流切断后产生的由变压器10的励磁电感和周围的电路条件等引起的电压过渡振荡急剧衰减，收敛成一定的值，磁通较电流切断点的磁通大小稍微衰减，收敛成一定的值。因此可知，在三相中任何一相(例如本例中的R相)的电压零点处将断路器50各灭弧室52a、52b、52c的各触头三相同时断开，使电流切断，通过这样控制变压器各相剩余磁通大小，使得在电压零点断开的相(例如在本例中的R相)的剩余磁通大小为最大(例如为-2K或+2K)，其它两相的剩余磁通大小为和电压零点断开的相的剩余磁通大小极性相反、大小为其1/2，剩余磁通大小几乎相同(例如+K和+K、或-K和-K)。
图3为说明本发明的相位控制开关装置的接通动作的时序图。以下，参照图3中各部分的电压等的时序图，对相位控制开关运算处理部80的基准相位检测部82及运算·动作控制部81的接通动作进行说明。基准相位检测部82中，根据设置在各相断路器50的电力***一侧的电压检测部73a、73b、73c测得的电压值，检测各R、S、T相的电压波形的相位和电压零点的周期。通过检测能预测各相的周期性的电压零点。
在断路器50接到接通指令(关合指令)的情况下，运算·动作控制部81将经过运算时间Tcal后断开动作时成为基准的相(例如，如图2所示，成为基准点Ttarget的R相)的电压零点作为基准点Tstandard。
运算·动作控制部81计算根据操作装置54a、54b、54c的周围温度、操作压力、控制电压的检测数据预测的断路器50各相接通动作时间Tclose及提前拉弧时间Tprearc。同时，将断开动作时成为基准的相(例如如图2所示，成为基准点Ttarget的R相)作为第1关合相，考虑到变压器的剩余磁通，将关合时的励磁冲击电流为最小的最佳接通时刻(电角度)点T1target(变压器各相的剩余磁通和稳定磁通一致的点)作为第1关合相关合目标点。同时，将第2关合相及第3关合相的关合时的励磁冲击电流为最小的最佳接通时刻(电角度)的点T2target(变压器各相的剩余磁通和稳定磁通一致的点)作为第1关合相的接通时刻点T1target以后的任意时刻(电角度)的第1关合相的电压零点，作为第2关合相及第3关合相的关合目标点。
运算·动作控制部81从T1target及T2target至基准点Tstandard的时间中减去预测的接通动作时间Tclose，并分别计算加上提前拉弧时间Tprearc后求出的动作同步时间Tcont1、Tcont2(关合相位检测手段81b)。还有，动作同步时间Tcont1为第1关合相(R相)用，动作同步时间Tcont2为第2关合相及第3关合相(S相及T相)用。运算·动作控制部81进行控制，使得在从经过自基准点Tstandard开始计算的动作同步时间Tcont1后向第1关合相(R相)的操作装置54a给予接通信号(关合信号)，又在经过从所述基准点Tstandard开始计算的动作同步时间Tcont2后向第2关合相及第3关合相(S相及T相)的操作装置54b、54c给予接通信号(关合信号)，各灭弧室52a、52b、52c内的各触头按规定的电角度进行接通动作(关合动作)。
还有，上述中，将接通动作时间Tclose作为同一值，被第1关合相(R相)用，又被第2关合相(S相)用及被第3关合相(T相)用，但在它们不同时，要分别根据第1关合相(R相)用的接通动作时间Tcloser求动作同步时间Tcont1，根据第2关合相(S相)用的接通动作时间Tcloses求动作同步时间Tcont2s，根据第3关合相(T相)用的接通动作时间Tcloset求动作同步时间Tcont2t。
图4为表示对于图3的时序图的接通动作的各相电压、电流、磁通变化的时序图。按照利用图3对相位控制开关运算处理部80的基准相位检测部82及运算·动作控制部81的接通动作进行说明的时序图，表示使断路器50接通动作时各相电压、电流、磁通变化等情况。图4中，从上开始依次表示各相变压器10的电压、根据各相变压器10的电压预测的各相变压器的磁通、及各相断路器50中流过的电流。各相关合前的剩余磁通大小如图2所示，在电压零点处断开的R相的剩余磁通大小为-57％，其它的S相及T相的剩余磁通大小为+31％及+26％。
根据图4，将断开动作时成为基准的R相作为第1关合相，考虑到变压器的剩余磁通，在关合时励磁冲击电流为最小的最佳接通时刻(电角度)点(变压器的R相剩余磁通和稳定磁通一致的点)关合。而且，将其它的S相及T相作为第2关合相及第3关合相，将关合时励磁冲击电流为最小的最佳接通时刻(电角度)点(变压器各相的剩余磁通和稳定磁通一致的点)作为第1关合相关合时的励磁冲击电流为最小的最佳接通时刻(电角度)点以后的任意时刻(电角度)点的第1关合相的电压零点而关合。由此可知，能使第1相刚关合后的第2关合相及第3关合相的剩余磁通之差近似为零，由于能在第2关合相及第3关合相的剩余磁通和稳定磁通近似一致的电角度关合，故无磁通的过渡现象产生，成为对称磁通，因不产生磁饱和，故对于变压器能将随着开关装置过度剧烈的开关动作而引起的过渡励磁冲击电流抑制在最低限度。
还有，实施形态1中，在每一相的断路器接到断开指令的情况下，相位控制开关运算处理部如具有在电力***的输电线中能设定配置在中间的中相的功能，则能将作为一个相而特定的相(电压零点处断开的相)作为中相。
再在实施形态1，在每一相的断路器接到断开指令的情况下，相位控制开关运算处理部如具有在电力***的输电线中能设定配置在两端的端相中任何一个特定相的功能，则能将作为一个相而特定的相(电压零点断开的相)作为上述端相中的任何一个特定相。
实施形态2
实施形态1中，检测断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压用的电压检测部是对每一相的断路器设置的，相位控制开关运算处理部在每一相的断路器接到断开指令的情况下，如具有能设定三相中任何一个特定相的功能，则检测断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压用的电压检测部只要设置在上述特定相的断路器即可。
通过这样，相位控制开关装置包括与电力***连接的变电设备；与该变电设备连接并切断所述变电设备的故障电流或负载电流、同时还为了对上述变电设备进行励磁而关合的每一相的断路器；检测三相中某特定相的所述断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压用的电压检测部；及考虑到所述变电设备的剩余磁通对所述每一相的断路器进行开关控制的相位控制开关运算处理部，使得在所述每一相断路器接到断开指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部具有能设定所述特定相的功能，根据设在所述特定相的所述电压检测部测得的电压波形的相位，预测所述特定相的周期性的零点，在所述特定相的电压零点附近，使所述断路器的各触头三相同时断开，在所述每一相断路器接到接通指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据所述特定相的所述电压检测部检测到的所述特定相的电压波形的相位，预测所述特定相的周期性的零点，将电压零点处断开的所述特定相作为第1关合相，考虑到所述变电设备的剩余磁通，在关合时的励磁冲击电流为近似最小的关合点关合，其余的相在所述特定相的关合点后的所述特定相电压零点附近关合。
还有，在实施形态2的所述构成中，所述特定相也可以是在电力***的输电线中配置在中间的中相，让所述电压检测部检测所述中相的电压。
再有，在实施形态2的所述构成中，所述特定相也可以是在电力***的输电线中配置在两端的端相中某一个特定相，让所述电压检测部检测所述端相中某一特定相的电压。

Claims (8)

1.一种相位控制开关装置，其特征在于，包括
与电力***连接的变电设备；
与该变电设备连接并断开所述变电设备的故障电流或负载电流、同时还为了对所述变电设备励磁而关合的每一相的断路器；
检测所述每一相的断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压的电压检测部：以及
考虑所述变电设备的剩余磁通对所述每一相的断路器进行开关控制的相位控制开关运算处理部，
使得所述每一相的断路器在接到断路指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据设在各相上的所述电压检测部测得的电压波形的相位，预测一个相的周期性的零点，在所述一个相的电压零点附近使所述断路器的各触头三相同时断开，在所述每一个相的断路器接到接通指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据所述一个相的所述电压检测部测得的所述一个相的电压波形的相位，预测所述一个相的周期性的零点，设电压零点断开的所述一个相为第1关合相，考虑到所述变电设备的剩余磁通，在关合时的励磁冲击电流几乎为最小的关合点上关合，其余的相在所述一个相的关合点之后的所述一个相的电压零点附近关合。
2.如权利要求1所述的相位控制开关装置，其特征在于，
根据所述电压检测部测得的电压波形的相位而预测周期性的零点的所述一个相，是在所述每一相的断路器接到断开指令的情况下所述相位控制开关运算处理部在经过运算发出断开信号的相位所需的运算时间后、最早迎来电压零点的相。
3.如权利要求1或2所述的相位控制开关装置，其特征在于，
将所述一个相作为第1关合相，考虑到所述变电设备的剩余磁通的关合时的励磁冲击电流近似为最小的关合点为所述变电设备的所述一个相的剩余磁通和稳定磁通近似一致的点。
4.如权利要求1所述的相位控制开关装置，其特征在于，
在所述每一相断路器接到断开指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部具有在电力***的输电线中能设定配置在中间的中相的功能，所述一个相为所述中相。
5.如权利要求1所述的相位控制开关装置，其特征在于，
在所述每一相断路器接到断开指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部具有在电力***的输电线中能设定配置在两端的端相中任一特定相的功能，所述一个相为所述端相中任一特定相。
6.一种相位控制开关装置，其特征在于，包括
与电力***连接的变电设备；
与该变电设备连接并断开所述变电设备的故障电流或负载电流、同时还为了对所述变电设备励磁而关合的每一相的断路器；
检测三相中任一特定相的所述断路器的变电设备一侧和电力***一侧的电压用的电压检测部；以及
考虑到所述变电设备的剩余磁通对所述每一相断路器进行开关控制的相位控制开关运算处理部，
在所述每一相断路器接到断开指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部具有能设定所述特定相的功能，根据设在所述特定相的所述电压检测部测得的电压波形的相位，预测所述特定相的周期性的零点，在所述特定相的电压零点附近使所述断路器的各触头三相同时断开，
在所述每一相断路器接到接通指令的情况下，所述相位控制开关运算处理部根据所述特定相的所述电压检测部测得的所述特定相的电压波形的相位，预测所述特定相的周期性的零点，将电压零点处断开的所述特定相作为第1关合相，考虑到所述变电设备的剩余磁通，在关合时的励磁冲击电流为近似最小的关合点关合，将其余的相在所述特定相的关合点后的所述特定相的电压零点附近关合。
7.如权利要求6所述的相位控制开关装置，其特征在于，
所述特定相为在电力***的输电线中配置在中间的中相，所述电压检测部检测所述中相的电压。
8.如权利要求6所述的相位控制开关装置，其特征在于，
所述特定相为在电力***的输电线中配置在两端的端相中任一特定相，所述电压检测部检测所述端相中任一特定相的电压。
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