基于一二次融合无涌流智能配电开关的合闸控制方法与流程

本发明涉及智能配电设备领域，具体涉及一种基于一二次融合无涌流智能配电开关的合闸控制方法。

背景技术：

近年来供电部门对配电网建设的重视程度越来越高，对配电网开关设备的自动化、智能化也提出了较高的要求。当电力设备投入运行时，由于电网电压初相角在断路器合闸瞬间是未知的，因此断路器合闸瞬间系统可能会出现严重的涌流或过电压，这样不仅会对投入系统中的电力设备造成损害，还可能导致上级保护装置产生误动作，增加停电时间，降低供电可靠性，影响电力系统的稳定性。

专利申请号为cn200910043606.2的中国专利申请，公开一种基于快速开关和触发真空开关的故障限流器，能够确保短路电流不会达到无限流状况下的第一个电流峰值，迅速抑制短路电流。

专利申请号为cn201310409033.7的中国专利申请，公开一种中高压超快速开关及直流断路器，由于动触头采用表带触指，合闸时利用表带触指自己提供接触压力，结构简单，具有更高的可靠性，开关合闸行程由限位挡板限定，分闸行程由缓冲装置限定，行程精准，减小了对中高压超快速开关的冲击。

专利申请号为cn201110341235.3的中国专利申请，公开一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置，可以灵活应用于多种电源和负载的连接方式，并具有超高速投切、电压补偿以及故障限流等多种功能，其级联型结构使得该装置非常适用于中高压场合。

虽然已公布专利申请关于快速开关的应用及改进较多，但是并未见有涉及利用快速开关精确控制合闸相位抑制励磁涌流的相关技术。

目前，为削弱断路器合闸瞬态过程给电网保护及设备本身带来的负面影响，一般采用附加装置的方法，包括：预插电阻，固定电抗器，氧化锌避雷器，或者加装rc阻容吸收设备等方法。这些方法虽然取得了积极的效果，但也存在诸多不足，如预插电阻引发的电阻发热严重时可能造成设备损坏，预插电抗器则可能使系统产生震荡等。因此采用这些方法不仅增加开关本身复杂性和系统维护成本，而且容易对电网本身产生负面效应。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于一二次融合无涌流智能配电开关的合闸控制方法，以解决上述技术问题。本发明能够确保开关合闸到励磁涌流最小的时刻，避免配电开关下游众多配变励磁涌流造成保护的误动和对配电设备的冲击。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于一二次融合无涌流智能配电开关的合闸控制方法，所述基于一二次融合无涌流智能配电开关包含：分相精准快速开关、电压互感器和控制器，电压互感器和控制器集成到分相精准快速开关内部，电压互感器负责检测智能配电开关安装处的电网电压，控制器根据电压互感器检测的电网电压信息和收到的外部合闸指令计算向分相精准快速开关发出合闸驱动信号的时刻，分相精准快速开关根据控制器发出的合闸驱动信号完成合闸操作。

进一步的，th时刻控制器收到外部合闸指令；控制器在收到外部合闸指令后，根据电压互感器检测的电网电压信息计算出对应相励磁涌流为最小值所对应的最近合闸时刻tc，再结合分相精准快速开关的合闸动作时间参数td，计算得到发出各相合闸驱动信号的时刻tq为tc-td。

进一步的，电网a、b、c三相上各安装一个分相精准快速开关；各控制器在收到外部合闸指令后，根据对应电压互感器检测的电网对应相电压信息计算出距当前时刻最近的各相励磁涌流为最小值所对应的各相合闸时刻tc,a、tc,b、tc,c，结合分相精准快速开关的合闸动作时间参数td，计算得到发出各相合闸驱动信号的时刻分别为tc,a-td、tc,b-td、tc,c-td。

进一步的，分相精准快速开关采用分相操作技术，使用快速涡流驱动机构；动作分散度小。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过将电压互感器和控制器集成在分相精准快速开关内部实现一二次融合，由控制器利用电压互感器采集的电网电压信息结合分相精准快速开关的合闸动作时间参数，计算确定发出合闸驱动信号的时刻，分相精准快速开关动作速度快且分散性小、分相动作的特点能够确保开关的各相分别合闸在该相励磁涌流最小的时刻点，本发明可以有效避免由配电开关下游配变励磁涌流造成保护的误动和对配电设备的冲击。

附图说明

图1为分相精准快速开关的结构示意图。

图2为本发明基于一二次融合无涌流智能配电开关的合闸控制方法中a相的合闸过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

请参阅图1所示，分相精准快速开关，包括真空灭弧室1、绝缘拉杆2、分闸线圈3、合闸线圈4、涡流盘5、分闸储能电容6、合闸储能电容7、分闸放电控制开关8、合闸放电控制开关9和充电电源10。

绝缘拉杆2一端连接真空灭弧室1的动触头，另一端连接涡流盘5；涡流盘5的两侧分别布置有分闸线圈3和合闸线圈4；分闸储能电容6的正极连接充电电源10的正极和分闸放电控制开关8的正极；分闸放电控制开关8的负极连接分闸线圈3的一个接线端，分闸线圈3的另一个接线端连接分闸储能电容6的负极连接充电电源10的负极；合闸储能电容7的正极连接充电电源10的正极和合闸放电控制开关9的正极；合闸放电控制开关9的负极连接合闸线圈4的一个接线端，合闸线圈4的另一个接线端连接合闸储能电容7的负极连接充电电源10的负极。

具体动作原理为：

正常工作时，通过充电电源10很快完成对分闸储能电容6、合闸储能电容7的充电。需要分闸时分闸放电控制开关8导通，分闸储能电容6向分闸线圈3放电，产生强度很高的脉冲电流，并产生脉冲磁场。脉冲磁场的磁力线穿过涡流盘5时在涡流盘5中感应出涡流，并产生涡流磁场。脉冲磁场对涡流磁场的排斥力推动涡流盘5向下运动，同时通过绝缘拉杆2带动真空灭弧室1的动触头完成分闸动作。合闸过程恰好相反，合闸线圈4的脉冲磁场推动涡流盘5向上运动，同时带动动触头完成合闸。

由于机构大大简化，运动部分的质量只有普通断路器的十分之一左右，为提高断路器的动作速度创造了条件。另一方面，采用电容储能，加大了驱动力，这就大大提高了分、合闸速度。

分相精准快速开关的主要特征：一是动作快，分闸时间在3～5ms以内，合闸时间在7～10ms；二是精准，分闸分散度小于0.1ms，合闸分散度小于0.2ms，能够做到合闸和开断过程冲击、无截流，不产生过电压。

如附图2所示，图中th代表开关收到外部合闸指令的时刻，tq,a代表开关控制器发出a相合闸驱动信号的时刻，tc,a代表控制器根据电压互感器采集的电网电压信息预判的为使a相励磁涌流最小所对应的且距离当前时刻最近的合闸时刻，td为分相精准快速开关的动作时间参数，ts为控制器从收到外部合闸指令到发出合闸驱动的间隔时间。

一种基于一二次融合无涌流智能配电开关的合闸控制方法：以a相为例，th,a为开关收到外部合闸指令的时刻，控制器在收到外部合闸指令后，根据电压互感器检测的电网电压信息计算出a相励磁涌流为最小值所对应的最近合闸时刻tc,a，再结合分相精准快速开关的合闸动作时间参数td，计算得到发出各相合闸驱动信号的时刻为tc,a-td也即图1中的时刻tq,a。

为了确保开关能够合闸在预期的各相励磁涌流最小时刻，分相精准快速开关采用分相操作技术，使用快速涡流驱动机构，动作速度快，动作分散度小。

为了提高装置的可靠性和集成度，采用一二次融合技术，将电压互感器和控制器集成到分相精准快速开关内部，电压互感器负责检测开关安装处的电网电压；控制器根据电压互感器检测的电网电压信息预测能够使励磁涌流为最小值的各相合闸时刻，并结合分相精准快速开关的合闸动作时间参数，反推计算向分相精准快速开关发出合闸驱动信号的时刻；分相精准快速开关根据控制器发出的合闸驱动信号完成合闸操作。