本发明涉及中压配电设备技术领域，特别涉及一种用于并联补偿电路投切的专用开关及方法。
背景技术：
断路器投切并联补偿电路的主要问题是：投入并联补偿电容器组时的关合涌流和退出并联补偿电容器组时开断过电压，既在合闸时会产生关合涌流，在分闸时会产生开断过电压。
如图1所示，投切并联补偿电路时，通常是在主回路感性负载通电工作状态投切并联电容器组，但由于主回路断路器和容性支路断路器的动作顺序会使电路性质不同，所以主、辅开关动作顺序的不同会影响关合涌流和开断过电压。
因此，在不增设保护电路的情况下，需要研究并联补偿电路主、辅断路器的动作顺序对关合涌流和开断过电压的影响，以尽可能地利用电路暂态结构达到减小关合涌流和开断过电压的目的。
技术实现要素：
为了克服上述现有操作存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于并联补偿电路投切的专用开关及方法，能够在不增设保护电路的情况下，尽可能地利用电路暂态结构，减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于并联补偿电路投切的专用开关，包括并联补偿电路专用断路器100以及控制并联补偿电路专用断路器100中开关合闸和分闸的控制模块200，所述并联补偿电路专用断路器100包括主回路开关k1和容性支路开关k2；容性支路开关k2与并联补偿电容器组串联后与感性负载并联，再与主回路开关k1串联。
所述的专用开关用于并联补偿电路投切的方法，适用于中压配电系统的并联补偿电路，所述并联补偿电路专用断路器100串联于中压配电系统的供电电源和并联补偿电路之间；当所述并联补偿电路专用断路器100合闸时，控制模块200控制主回路开关k1先分闸；预定时间段后，控制模块200再控制容性支路开关k2闭合，将并联补偿电容器组并入感性负载，此时容性支路与感性负载串联构成回路放电；预定时间段后，控制模块200再控制主回路开关k1闭合，将并有容性补充支路的感性负载主回路整个串入电路，能够尽量减小断路器的关合涌流，设置的动作时间应使感性负载中储存的能量完全释放；当所述并联补偿电路专用断路器100分闸时，控制模块200控制主回路开关k1先分闸，断开整个并联补偿电路；预定时间段后，控制模块200再控制容性支路开关k2分闸，预定时间段后，控制模块200最后控制主回路开关k1闭合，使并联补偿电容器组退出电路，能够尽量减小断路器的开断过电压，分闸时，设置的动作时间间隔大于电源电压半个周期，以确保实际开断的先后顺序。
所述投切并联补偿电路时，所述的主回路开关k1以及容性支路开关k2合闸动作的预定时间段的取值为20ms以上。
本发明和现有技术相比较，具备如下优点：
本发明提供的专用开关和方法从关合涌流、开断过电压两方面进行并联补偿电路投切时主、辅开关的动作顺序选择，可以实现在不增设保护电路的情况下，利用电路暂态结构，尽可能地减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压，减少中压配电系统中并联补偿电路投切故障。由于投切并联补偿电路时关合涌流或开断过电压与电路暂态结构有关，而常规操作面临较严峻的容许负载投切时关合涌流或开断过电压问题；本发明提供了一种主、辅开关的动作操作顺序，可以在不增设保护电路的情况下，利用电路暂态结构，尽可能地减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压。
附图说明
图1是常规并联补偿电路投切开关示意图及开关动作顺序图，其中，图1(a)常规并联补偿电路投切开关示意图，图1(b)为k1先合，图1(c)为k2再合，图1(d)为k2再分。
图2是本发明并联补偿电路投切的专用开关实施例示意图。
图3是本发明投入并联补偿电路时抑制关合涌流方法的开关合闸顺序示意图，其中，图3(a)为k1先分，图3(b)为k2再合，图3(c)为k1最后合闸。
图4是35kv并联补偿系统进线主开关k1、容性支路开关k2最大关合涌流峰值比较图，其中，图4(a)为k1先合闸k2后合闸时的最大关合涌流峰值比较图，图4(b)为k2先合闸k1后合闸时的最大关合涌流峰值比较图。
图5是本发明退出并联补偿电路时抑制开断过电压方法的开关分闸顺序示意图，其中，图5(a)为k1先分，图5(b)为k2再分，图5(c)为k1最后合。
图6是35kv并联补偿系统进线主开关k1、容性支路开关k2开断时最大恢复电压峰值比较图，其中，图6(a)为k1先分闸k2后分闸时的最大恢复电压峰值比较图，图6(b)为k2先分闸k1后分闸时的最大恢复电压峰值比较图。
图7是本发明提供的抑制容性负载关合涌流或开断过电压的方法实施例流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部地实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，为本发明一种用于并联补偿电路投切的专用开关实施例示意图。本实施例提供的用于并联补偿电路投切的专用开关，包括：并联补偿电路专用断路器100和控制模块200。
所述并联补偿用专用断路器100包括：主回路开关k1和容性支路开关k2；容性支路开关k2与并联补偿电容器组串联后与感性负载并联，再与主回路开关k1串联。
所述控制模块200，用于在所述并联补偿电路投切的专用断路器100合闸时，控制主回路开关k1先断开，感性负载断电放电；预定时间段后，控制模块200再控制容性支路开关k2闭合，将并联电容器组并入感性负载；预定时间段后，控制模块200再控制主回路开关k1闭合，将并联有容性补充支路的感性负载主回路整个串入电路，能够尽量减小断路器的关合涌流；当所述并联补偿电路专用断路器100分闸时，控制模块200控制主回路开关k1先分闸，断开整个并联补偿电路；预定时间段后，控制模块200再控制容性支路开关k2分闸，预定时间段后，控制模块200最后控制主回路开关k1闭合，使并联补偿电容器组退出电路，能够尽量减小断路器的开断过电压。
如图2所示，所述并联补偿电路投切的专用断路器100连接在中压配电系统中。
在本发明实施例中，在并联补偿电路专用断路器100中控制主、辅开关的动作顺序，可以对关合涌流和开断过电压的幅值起到一定限制作用。
需要说明的是，常规并联补偿电容器组投切操作，是在感性负载通电状态投入或退出并联电容器组，容性支路开关投切容性电路会带来较大的关合涌流和开断过电压问题。本发明正是为了缓解这个问题提供的并联补偿电路投切专用断路器。以下实施例中没有特别指出出现的断路器均是指中压配电系统中的并联补偿电路投切专用断路器。
合理选择投切并联补偿电路时主、辅开关的动作顺序，可以实现在不增设保护电路的情况下，利用电路暂态结构，尽可能地减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压，减少中压配电系统中并联补偿电路投切故障。投入并联补偿电容器组时，先断开进线主开关，闭合容性支路开关，感性负载充分放电后，再关合主开关，相当于投入一个经过容性补偿后的感性负载，这种情况下，可避免高幅高频关合涌流的出现。切除并联补偿电容器组时，先断开进线主开关，补偿回路能量衰减后，再断开容性支路开关，可避免退出并联补偿电容器组时的高幅高频暂态恢复电压的出现；并联补偿系统的关合涌流和开断过电压与电路暂态结构有关，合理控制并联补偿系统的开关动作顺序，可减小关合涌流和开断过电压维护系统安全运行。
本发明实施例提供的专用开关从关合涌流、开断过电压两个方面进行并联补偿电路投切时主、辅开关的动作顺序选择。本发明经过研究确定了并联补偿电路投切时主、辅开关的动作顺序，在不增设保护电路的情况下，利用电路暂态结构，尽可能地减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案，下面首先介绍并联补偿电容器组无功补偿电路的电路结构。
参见图1，该图为某并联电容器组无功补偿电路的电路结构示意图。主回路开关k1与感性负载和电容器组构成的并联回路串联，容性支路开关k2与补偿电容器组串联。
为了更好地说明本发明的优点，下面介绍现有技术中并联补偿电路的投切方法。
现有技术中(图1)，投切并联补偿电容器组时，感性负载不断电，即主回路开关k1始终闭合(图1b)，投入电容器组时，容性支路开关k2闭合将电容器组并入电路(图1c)，退出电容器组时，容性支路开关k2断开，将电容器组退出电路(图1d)。
投入电容器组时，会产生频率达几百到几千赫兹，幅值高达正常工作电流几十倍的合闸涌流。切除电容器组时，由于容性负载的特殊性，开关触头间存在更高的恢复电压。开关断口上的恢复电压由三部分叠加而成：由系统决定的强制分量、并联补偿电容器上残留电荷决定的直流分量、开关动作导致的暂态分量。因此现有技术中投切电容器组时，容性支路开关上将承受较大的关合涌流和开断过电压。
针对以上问题，本发明提出一种用于并联补偿电路投切的专用开关及方法，利用电路的暂态结构，通过主、辅开关的动作顺序配合，来缓解并联补偿电路投切过程中的关合涌流和开断过电压问题。与现有技术方案相比，采用本发明的专用开关可以在不增加保护电路的情况下，尽可能地减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压，有利于保障设备安全和电网安全稳定运行。
本发明提供的实施例中(图2)，所述并联补偿电路投切专用开关100的电路结构为：主回路开关k1与感性负载和电容器组构成的并联回路串联，容性支路开关k2与补偿电容器组串联，由控制模块200控制主回路开关k1和容性支路开关k2的动作顺序。
下面结合具体数据详细说明本发明提供的并联补偿电路投切专用断路器中主、辅开关的动作顺序以及动作时间的选择。
基于典型数据搭建的仿真模型，对某35kv无功补偿系统专用断路器投切操作进行计算分析，分别从主回路开关和容性支路开关两个断路器的动作顺序和动作时间两个方面进行比较：
下面首先分别从合闸和分闸时主回路开关和容性支路开关动作顺序对关合涌流和开断过电压的影响进行比较。
(1)合闸顺序对主回路开关、容性支路开关关合涌流的影响
下面对主回路开关、容性支路开关的合闸顺序对关合涌流的影响进行分析。
图3为本发明投入并联补偿电路时抑制关合涌流方法的开关合闸顺序示意图。当所述并联补偿电路专用断路器100合闸时，先断开主回路开关k1，切断电源，再关合容性支路开关k2，待感性负载回路放电后，最后关合主回路开关k1。三次动作受电路暂态结构的影响使关合涌流不同。利用电路的暂态结构，将容性负载投入问题转化成经电容器组补充后的感性负载的投入问题。
投入电容器组时，设置的动作时间考虑关合主回路开关k1时，应使感性负载中储存的能量完全释放，合闸时选取容性支路开关k2接入时间为20ms以后再关合主回路开关k1。
图4为35kv并联补偿系统主回路开关k1、容性支路开关k2最大关合涌流峰值比较图，其中，图4(a)为k1先合闸k2后合闸时的最大关合涌流峰值比较图，图4(b)为k2先合闸k1后合闸时的最大关合涌流峰值比较图。通过对比开关k1、k2不同合闸顺序时的仿真结果可知，断路器合闸涌流的大小主要与后闭合开关的动作时间有关，当该开关的动作时间越接近电压峰值时，主回路开关k1与容性支路开关k2上产生的合闸涌流值越大，在电压峰值处达到最大值；无论k1、k2哪个开关先合闸，合闸涌流的最大值均出现在主回路开关k1上(图4中的曲线i)；并且k1先合k2再合产生的合闸涌流最大值比k2先合，k1再合产生的合闸涌流最大值更大。当主回路开关k1先闭合、容性支路开关k2再闭合时，本系统参数下k1上的最大涌流约为5.1倍工频电流值的高频电流(图4a)；当容性支路开关k2先合、主回路开关k1后关合时，本系统参数下k1上的最大涌流约为4.6倍工频电流值的高频电流(图4b)。本系统参数下两种合闸顺序产生的最大涌流的差值约为0.5倍的工频电流。据此当真空开关投入并联电容器组时，推荐的开关动作顺序是：先断开主回路开关k1，再闭合容性支路开关k2，最后闭合主回路开关k1，这样可有效限制断路器的关合涌流。
(2)分闸顺序对进线主开关、容性支路开关开断过电压的影响
下面对进线主开关、容性支路开关的分闸顺序对开断过电压的影响进行分析。
图5为本发明退出并联补偿电路时抑制开断过电压方法的开关分闸顺序示意图。当所述并联补偿电路专用断路器100分闸时，先断开主回路开关k1，切断电源，待感性负载回路放电后，再断开容性支路开关k2，最后关合主回路开关k1。利用电路的暂态结构，将容性负载退出问题转化成经电容器组补充后的感性负载的退出问题。
投切并联补充电容器组过程中，开关动作的时间间隔有一定要求。若已充电的感性负载或容性补偿支路与电源切除，应保持足够时间充分放电后方可操作其它开关的动作，此时开关动作时间间隔应取20ms以上；另外当开关分闸时，因为断路器的开断时间是在设置时刻之后的电流过零点才真正断开，故分闸后下一个开关动作的时间间隔应取20ms以上，以确保开关实际开断的先后顺序。
图6为35kv并联补偿系统主回路开关k1、容性支路开关k2开断时最大恢复电压峰值比较图，其中，图6(a)为k1先分闸k2后分闸时的最大恢复电压峰值比较图，图6(b)为k2先分闸k1后分闸时的最大恢复电压峰值比较图。通过对比开关k1、k2不同分闸顺序时的仿真结果可知，最大恢复电压始终出现在首开开关上(图6a中的曲线vk1，图6b中的曲线vk2)，最大恢复电压幅值与k1、k2的开断顺序有关，先分主回路开关k1、再分容性支路开关k2，比先分容性支路开关k2、再分主回路开关k1，开关上产生的最大恢复电压更小。当先断开主回路开关k1，再断开容性支路开关k2时，最大电压始终出现在主回路开关k1上，本系统参数下约为电源电压的1.2倍(图6a)；当先断开容性支路开关k2，再断开主回路开关k1时，最大电压始终出现在开容性支路开关k2上，本系统参数下约为电源电压的2倍(图6b)。本系统参数下两种分闸顺序最大开断过电压的差值约为0.8倍的电源电压。据此当真空开关退出并联电容器组时，推荐的开关动作顺序是：先断开主回路开关k1，再断开容性支路开关k2，最后闭合主回路开关k1，这样可有效限制断路器的开断过电压。
从以上分析可以看出，从关合涌流、开断过电压两个方面综合比较，中压配电网并联无功补偿电路投切专用断路器装设主回路开关k1、容性支路开关k2和控制模块200。控制模块200控制并联补偿电容器组投入时的开关动作顺序为先分k1，再合k2，最后合k1；控制模块控制并联补偿电容器组退出时的开关动作顺序为先分k1，再分k2，最后合k1。投入电容器组时k1与k2的合闸时间间隔应取20ms以上，退出电容器组时k2与k1的分闸时间间隔也应取20ms以上，以使感性负载回路充分放电，另外任一开关分闸后下一个开关动作的时间间隔应取20ms以上，以确保开关实际开断的先后顺序。
与现有技术相比，采用本发明提供的装置可以在不增加保护电路的情况下，尽量减小断路器投切并联补偿电路时产生的关合涌流和开断过电压，并且满足断路器设备制造水平的要求。
基于以上实施例提供的一种用于并联补偿电路投切的专用开关，本发明实施例还提供一种用于并联补偿电路投切的专用方法，下面结合附图详细说明。
参见图7，该图为本发明提供的一种用于并联补偿电路投切的专用方法实施例—流程图。
本实施例提供的一种用于并联补偿电路投切的专用方法，应用于中压配电系统的并联补偿电路投切专用断路器控制中，所述用于并联补偿电路投切的专用断路器串联于中压配电系统中，包括以下步骤：
s701：当所述并联补偿电路专用断路器100合闸时，控制所述并联补偿电路专用断路器100中的主回路开关k1先断开将感性负载与电源断开，预定时间段后，再闭合容性支路开关k2将电容器组与感性负载并联；
s702：从所述控制容性支路开关k2闭合后开始预定时间段后，控制所述并联补偿电路专用断路器的主回路开关k1再闭合，将所述负载和并联补偿电容器组投入电路。这种开关动作顺序可在不增加保护电路的情况下，尽量减小断路器的关合涌流。
s703：当所述并联补偿电路专用断路器100分闸时，在开关运行的状态下，控制所述并联补偿电路专用断路器中的主回路开关k1先断开，预定时间段后，再断开容性支路开关k2，将并联电容器组退出电路；
s704：从所述容性支路开关k2断开后开始预定时间段后，控制所述并联补偿电路专用断路器的主回路开关k1再闭合，将负载串入电路。这种开关动作顺序可在不增加保护电路的情况下，尽量减小断路器的开断过电压。
利用电路的暂态结构，合理控制投切并联补偿电路时进线主开关、容性支路开关的动作顺序，可以在不增设保护电路的情况下，尽可能地减小并联补偿电路投切时的关合涌流和开断过电压，减少中压配电系统中并联补偿电路投切故障。
本发明实施例提供的装置从进线主开关、容性支路开关的关合涌流和开断恢复电压两个方面进行并联补偿电路投切的专用断路器设计。主回路开关和容性支路开关的关合涌流和暂态恢复电压均与开关动作顺序有关。本发明经过研究分别确定了本来电容器组投入和退出时的开关动作顺序，既能在不增加保护电路的情况下，尽量减小进线主开关、容性支路开关的合闸涌流和开断过电压，还能满足设备耐受能力的要求。
本发明实施例中经过仿真实验分析出在并联补偿电路投切专用断路器中，所述专用开关装置为：主回路开关与电源和感性负载串联连接，容性支路开关与电容器组串联连接后与感性负载并联连接，控制模块控制主回路开关和容性支路开关的动作。
经过实验分析，所述预定时间段的取值为20ms以上。
优选地，所述用于并联补偿电路投切的专用开关，投入电容器组时，推荐的开关动作顺序为，先分主回路开关k1，再合容性支路开关k2，最后闭合主回路开关k1；退出电容器组时，推荐的开关动作顺序为，先分主回路开关k1，再断开容性支路开关k2，最后闭合主回路开关k1。
典型实验数据可参见图4和图6，在此不再赘述。
采用本发明的方法，可以在不增加保护电路的情况下，尽量减小主回路开关、容性支路开关的合闸涌流和开断过电压，减小并联补偿电路投切时的故障发生概率，有利于保障设备安全和电网安全稳定运行。采用本发明提供的开关动作顺序和接入时间，可以缓解并联补偿电路投切时断路器的关合涌流和开断过电压问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。