1、PCS-9830选相分合闸装置2010.07 技术背景 基本概念 国内外发展状况 南瑞继保选相分合闸装置PCS-9830 联调试验 现场运行业绩内容概要2受控分合闸技术背景目前，系统中的断路器在关合和断开瞬时，系统电压和电流的初相角通常都是随机的和不确定的。这不仅对系统中的设备本身及维护不利（影响设备的绝缘、寿命），还会影响系统电压稳定性，诱发继电保护的误动作行为，增加维修作业量和维护成本。国网公司推动研究特高压交直流输电技术的大背景下特高压电网中的过电压问题凸显！随机分合闸缺点感性负荷（空载变压器、并联电抗器等）合闸时，若断路器合相位不合适，将会产生很大的涌流引起瞬间电压降低，导致系统电压波
2、动和保护继电器误动作；容性负荷（空载输电线路、电容器组等）合闸时的过电压和涌流引起断路器触头熔焊、烧损，涌流的电动力可能损坏零件甚至给电流互感器和串联电抗器造成绝缘损伤；而在小电流开断（并联电抗器、空载输电线路、电容器组）时，伴随着断路器断口之间的重燃电弧、重击穿过电压，导致断路器触头的磨损量增大等。随机分合闸缺点传统解决办法安装合闸电阻、设置避雷器等安装程序复杂，造价昂贵，并对绝缘结构水平要求高；使断路器的内部结构复杂化，增加了中间环节且降低了可靠性；某些状况下单一措施控制效果并不理想，仍需辅助以其他措施且参数计算复杂；体积大，易老化，如持续的运行电压会损坏氧化锌阀片等。检查周期短，维修作业
3、量大，维护费用高。不容易实现智能化控制，不利于变电站的数字化改造。受控分合闸概念受控分合闸技术(Controlled Swithing，简称CS) 是指通过一定的手段使断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路等电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入电力系统的技术。有益效果：可根据不同的负载特性，控制开关在电压或电流最有利的相位(电角度)完成投切，可主动消除开关过程所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应，或提高开关的开断能力。在电网中投入或切除负载时，由于电网中的电压是正弦波形，负载投入或切除的瞬间，电网电压可能在电压峰值处也可能在电压零点
4、处。随着负载容性或感性的不同，负载投入的最佳时间也不同，如容性负载投入时要求在电网电压过零点，感性负载要求投入时在电网电流过零点（即电压峰值处），如果负载的断路器分合闸时没有达到上述要求，就会产生危害电网安全的过电压和涌流，这些过电压和涌流会导致电网中负载的可靠性和寿命降低，也可能会导致保护和安全自动装置的误动。为何使用选相分合闸 8对比随机分合闸指令传统主回路电流断口电压分相的受控分合闸命令输出电压电流采集断路器动作时间预测分合闸信号输出控制相位控制测控装置选相分合闸装置主控室遥分/ 合手分/ 合选相分合闸带来的优势y 1.断路器选相分合闸装置的应用可大大降低断路器分合闸瞬间所造成的涌流和过
5、电压，有利于系统电网的稳定，从而降低电力系统的建设维护费用。y 2.断路器选相分合闸装置的应用能够降低分断时断路器触头的电气磨损，减少触头重燃的可能性，延长断路器设备的维护周期和使用寿命。另外，使得取消断路器分合闸电阻及相关控制设备 (占到整个断路器成本的8%10% )成为可能，从而能够大大简化断路器内部结构，提高设备可靠性和降低生产成本。选相分合闸带来的优势y 3.对于特高压电网交流系统，断路器选相分合闸装置技术的应用能够显著降低线路等特高压电力设备的绝缘要求，从而可实现简化网架结构和紧凑型线路的设计。这对特高压电网的建设有着不可估量的意义。y 4.对于特高压电网直流系统，针对滤波器和换流变
6、的断路器选相分合闸技术能够有效改善分合闸造成的涌流或电流畸变，消除由此而引发的换相失败。所以在目前国内绝大多数换流站中，都要求开关设备提供CS功能。国外CS 产品研发现状y 现在国外在此领域主要生产厂家和产品系列主要有 ABB (CAT系列、 Switchsync系列 )、Siemens(PSD系列) 、Areva(RPH2)等。y 但是国外的产品普遍存在体积大、价格高、无附带配套的录波和调试软件、操作相对复杂、不符合中国用户的使用习惯、维护和技术支持困难等缺憾。国内CS 技术发展现状直至本世纪初，国内电力系统设备厂家还没有对CS技术在高压电网中的应用做过深入研究，更没有成熟的相关产品。主要原
7、因：y 国内电力系统由于专业长期细分，一二次之间有着较深的专业鸿沟，造成代表高压开关设备智能化发展方向的CS技术很难由一次设备厂家或二次设备厂家独立完成。y CS技术的一个基本前提是断路器操作机构的稳定性，对500KV的液压机构而言，满足基本应用的各相之间的离散要小于1ms。y CS技术要求针对断路器作大量的高压试验，以期获得在不同工况下的参数等。国内CS 技术发展现状近年来，国内的高压直流项目往往在一次标书中都明确要求断路器设备提供商必须提供和操作机构相配套的受控分合闸装置，这使得国内一次设备厂家对CS设备的需求变得越来越紧迫。国内一二次设备厂家联合起来，共同研究和开发选相分合闸装置成为CS
8、技术国产化的唯一出路。CS技术在国内应用现状应用场合:直流系统(换流站滤波器组)：荆州(CAT)、肇庆(F236)、高岭(RPH2)深圳(F236、PSD2等、与西开GIS配合)交流系统(长线路)：云南大朝山水电站500KV出线(CAT)断路器选相分合闸装置PCS-983016断路器选相分合闸装置PCS-9830功能简介选相分合闸功能选相合闸功能选相分闸功能基于电流回采的自适应补偿功能基于位置回采的自适应补偿功能机构环境温度实时补偿功能控制回路电压实时补偿功能静置时间补偿功能电流零漂自动校准功能强电光耦信号开入功能IGBT及继电器开出功能辅助和管理功能电流、电压测量开入量状态显示210次电压谐
9、波监测频率测量录波功能自检功能SOE事件记录，包括自检报告、运行异常报告、选相分合闸动作报告、遥信变位报告。Dbg2000调试软件（PC 机端）Drawing波形分析软件（PC 机端）外部接线及硬件功能模块背板端子 20601603605607609611613615617619621623IAIBICUAUBUCCTPT备用602604606608610612614616618620622624IAIBICUAUBUC交流输入201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220221222合闸A+合闸 A-合闸B+合闸 B-
10、合闸 C+合闸 C-跳闸 A+跳闸 A-跳闸 B+跳闸 B-跳闸 C+跳闸 C-开出扩展板101102103104105106107108109110111112PS+PS-ALM_1ALM_2电源电源板401402403404405406407408409410411412光耦公共合闸命令分闸命令合位 a合位 b合位c跳位 a跳位 b跳位c485-COM485-A485-BCPU开入通讯301302303304305306307308309310311312313314315316317318319320321322AI1+AI1-AI2+AI2-AI3+AI3-AI4+AI4-FGND变送
11、器特点与优势y 采用Freecsale公司最新的Coldfire52XX硬件平台，运算速度快，整体性能稳定可靠；y 高精度16位ADC，测量精度高，提高了分合闸控制的精度；y 开关量采用强电输入，提高抗干扰能力,适应复杂电磁兼容环境；y 出口采用全继电器或继电器+IGBT方式，动作时间0.1ms且离散性极小；输出无极性，便于和国内四统一操作箱配合；y 装置采用紧凑型设计，体积在同类产品中是最小的，便于安装；y 变送器接口输入，能够实现温度和操作机构电压的自适应补偿；y 重要插件具有自检功能，故障时可靠闭锁并报警；y 装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，装置的抗干
12、扰能力大大提高，电磁兼容测试表现优异；y 采用军品宽温芯片设计，极限工作温度 范围-25C+60C ;y 大屏幕汉显液晶，人机界面友好,现场运行调试人员操作方便。特点与优势y 完善的选相分闸、选相合闸功能（可按控制字投退）y 带变送器接入可输入温度及操作回路电压并进行补偿(选配)。y 回采电流波形及位置接点，可投入自适应补偿功能。y 定值整定手段丰富，液晶菜单或专用软件；y 完善的事件纪录功能，包括动作记录、自检记录、开关量及状态变位记录，带录波功能；y 专用调试软件DBG2000，可实现在线整定定值、读取装置状态及操作报告； 强大的波形分析软件Drawing，可完整分析录波波形；y 价格与服
13、务的优势；现场系统接线 23与操作箱配合 24 可通过控制把手选择是否经选相分合闸装置下发分合闸命令； 测控手分/合或遥分/合节点可接入装置后分相输出，接入操作箱分相输入接点。防跳及保持回路可放在操作箱中，装置可与操作箱集中组屏。 装置也可直接输出分相接点接入机构，此时防跳等回路安放在机构箱或汇控柜内。普通模式基本原理 25补偿模式基本原理 26 本装置接收到来自控制系统的合闸指令后，若为第一次操作（还未获得上次操作数据）则自动套用普通模式合闸参数。否则装置根据上次开关动作结果获得断路器的实际合闸时间，并以此对该次操作等待时间进行调整，预击穿延时定值控制装置的合闸目标时刻。装置得到本次操作的等待时间后，经延时分相发出受控合闸命令。自适应模式适于应用在开关操作工况（包括机构环境温度、操作回路电压、操作频度等）变化不大或者频繁操作的情况下。自适应模式 27目标投合相位示意 2829容性和感性负载当电容充电时，若连接的瞬间恰好在电压峰值时会产生大量的暂态不平衡电气量，如过电压和涌流，所以在电容投入时为了达到最小的压差，应该在电压过零点时投入电容器。如下图若在电压峰值处合上开关，暂态分量很大。最佳投切时间 30
