浅谈12kV投切电容器专用开关

邱志人雷志鹏陈伯根

（福州天宇电气股份有限公司350000）

摘要：并联电容器是目前我国电力系统最为主要的无功补偿方式。本文介绍了各种并联电容器投切开关的优缺点，提出一种新型复合开关结构作为投切电容器专用开关，分析其电压零点开通电流零点关断的工作原理，最后对开关的基本结构及其软件控制系统进行分析设计。

关键词：无弧；投切；无功补偿；震荡；冲击；选相控制

1引言

随着生活水平的提高，人们对于供电质量的要求也越来越高，在电网中进行适当的无功补偿能够有效的改善供电质量。并联电容器是目前10kV电网最好的无功补偿方式。现有用于投切10kV电力系统电容器组的开关为真空开关，易出现操作过电压和开断重燃，引起系统绝缘事故。本文介绍的电容器投切专用开关，是一种新型复合开关，采用超快速永磁机构，配合时序控制器，实现精准电压、电流零点合、分闸选相控制，具有电压过零关合，电流过零开断的特点，无传统真空开关投切瞬间存在很大的电压震荡和电流冲击的缺陷，其替代传统真空开关，专用于投切电容器组，具有更优良的技术性能和市场前景。

2常用的并联电容器投切开关

常用的电容器的投切开关有：真空断路器、大功率晶闸管、复合开关、同步开关等几种。

2.1真空断路器

真空断路器作为电容器投切开关具有价格便宜、控制简单等优点，并联电容器投入瞬间电网会产生幅值很大的合闸涌流，涌流会大大减小电容器的使用寿命，也会对电网造成冲击。真空断路器开断并联电容器时也容易产生系统分闸操作过电压。

2.2大功率晶闸管

大功率晶闸管用于投切电容器，易于实现零电压闭合来抑制合闸涌流和零电流开断。其缺点是电阻比较大，功耗比较大，发热严重，需要加装额外的散热装置来对其进行冷却避免PN结因高温被击穿。大功率晶闸管用于电容器投切开关的制造成本高，体积相对较大，运行维护工作量大。

2.3复合开关

复合开关主要是采用机械开关来承当稳态工作的负荷电流，由机械开关两端并联的双向晶闸管来承当投切过程中的暂态过程。由于晶闸管仅仅工作在投切过程，所以工作时间极短，功耗低，发热量小，无需安装散热装置，且能够保证电容器的零电压开通和零电流关断，机械开关回路电阻小，所以稳态时功耗小。其存在的缺点在3.1中介绍。

2.4同步开关

同步开关主要工作原理是通过精确的控制机械开关在合适的相位角下闭合或者断开，这就能减小投切过程中的涌流和电弧。但是开关机械操作机构的动态特性分散性大、稳定性差。

3新型复合开关（投切电容器专用开关）

新型复合开关能够很好的实现电压过零投入、电流过零切断，而且功耗低、无涌流无电弧，投切相位误差小、时序选相控制简单，是一种相对比较理想的无功补偿电容器投切开关。

传统的复合开关结构是由机械开关及其触头两端并联的双向晶闸管SCR组成的。由于大功率晶闸管的耐压限制，使得在高压情况下需要采用多个串联的使用方法，存在下列问题：

a.由于晶闸管对电压变化率比较敏感，所以在雷击等过电压情况下容易误触发。

b.为了保证串联晶闸管的触发的同步性，就需要复杂的触发电路来实现，否则会导致晶闸管因为开通不同步而击穿。

c.串联晶闸管的动态分压不平衡也会使得各别晶闸管击穿从而导致所有晶闸管被击穿。

针对上述情况，本文提出一种新型的复合开关，如图2（C）所示。新型复合开关的基本结构是由两个机械开关K和并联二极管D组成的，其中主机械开关为K1，辅助机械开关为K2。由于采用二极管所以并不需要复杂的触发电路，也不存在误导通的问题，但是串联均压问题仍需解决。

3.1工作原理

新型复合开关正常工作时利用机械开关来承当负荷电流，利用二极管的反向截止特性来实现零电压开通和零电流关断。

零电压开通的工作过程如图1所示。当复合开关两端的电压极性如图1（A）所示时，闭合辅助机械开关K2，由于二极管处于反向截止，主回路电流很小几乎为零，这时候辅助机械开关K2触头可以无弧闭合。当电压极性发生翻转时如图1（B）所示时，二极管变成正向导通状态，此时闭合主机械开关K1，由于二极管钳位作用，所以主机械开关K1实现零电压开通。

4.总结

投切电容器专用开关主要是采用并联二极管来取代传统的晶闸管以解决晶闸管自身存在的误触发、功耗大等缺点，并且利用二极管的反向截止特性来实现零电压开通和零电流关断，大幅度的提高并联电容器的使用寿命，在中压无功补偿中有广泛的应用前景。

参考文献：

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