張鳳鴿，韓士杰，嚴(yán) 蕾，吳 彤，楊德先，胥岱遐

大容量組合開關(guān)跳合閘角度精確控制系統(tǒng)研制

張鳳鴿1，韓士杰2，嚴(yán) 蕾3，吳 彤1，楊德先1，胥岱遐2

（1. 華中科技大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，電力安全與高效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2. 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 210061；3. 山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

研制了一種大容量高精度組合開關(guān)和具有多路參考電壓的合閘角程序控制器，能夠?qū)﹂_關(guān)跳合閘角度進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)的短路時(shí)刻、變壓器勵(lì)磁涌流實(shí)驗(yàn)角度和轉(zhuǎn)換性故障的轉(zhuǎn)換時(shí)間等精確控制；能動(dòng)態(tài)模擬再現(xiàn)實(shí)際電力系統(tǒng)各種故障波形，能開展0~360°不同時(shí)刻的故障實(shí)驗(yàn)和故障波形分析。實(shí)驗(yàn)表明，該開關(guān)的控制精度可由原來的±5 ms提高到±0.1 ms，滿足了科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)需要。

電力系統(tǒng)；勵(lì)磁涌流；故障波形；合閘角；動(dòng)模實(shí)驗(yàn)

目前電力變壓器的勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流仍然是變壓器保護(hù)控制研究的最關(guān)鍵和最困難的問題。在同一母線上連接兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的變壓器時(shí)，如果一臺(tái)變壓器進(jìn)行空載合閘，受鐵芯中的剩余磁通和勵(lì)磁磁通等因素的影響，將在繞組中將產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，涌流大小不僅與變壓器合閘時(shí)刻有關(guān)，而且與該變壓器上一次跳閘時(shí)刻也有關(guān)。同時(shí)，浪涌電流也會(huì)出現(xiàn)在與其在同一母線上并聯(lián)運(yùn)行的其他變壓器繞組中，稱之為和應(yīng)涌流[1-2]，和應(yīng)涌流與勵(lì)磁涌流密切相關(guān)。勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流的產(chǎn)生會(huì)使保護(hù)裝置和穩(wěn)控裝置發(fā)生誤動(dòng)跳閘的事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前市場(chǎng)上能夠精確控制動(dòng)作時(shí)間的開關(guān)或斷路器主要是固態(tài)開關(guān)，固態(tài)開關(guān)亦稱電子開關(guān)，是指利用晶閘管、IGBT等電力電子器件實(shí)現(xiàn)電路通斷的開關(guān)。對(duì)于一個(gè)最大關(guān)斷電流800 A的大容量的電子開關(guān)，市場(chǎng)價(jià)需要幾十萬(wàn)元左右，最關(guān)鍵的是電子開關(guān)在關(guān)斷時(shí)存在漏電流，同時(shí)在導(dǎo)通時(shí)存在管壓降，完全不適合用于變壓器勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流的研究。

為了開展變壓器勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流等問題的實(shí)驗(yàn)研究，必須采用能精確控制開關(guān)的跳合閘時(shí)間的機(jī)械開關(guān)，才能捕捉到變壓器繞組剩磁和電源合閘角度對(duì)涌流的影響[3]。普通開關(guān)跳合閘容量和動(dòng)作時(shí)間精度難以滿足實(shí)驗(yàn)需求，在以往實(shí)驗(yàn)中只能通過多次重復(fù)、隨機(jī)投切故障來進(jìn)行該類實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)效果不好，無法控制和復(fù)現(xiàn)，往往多次實(shí)驗(yàn)都得不到想要的結(jié)果。因此必須研制一種能夠承受大短路電流的大容量高精度組合開關(guān)和一種具有多路參考電壓的合閘角程序控制器，通過兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室中對(duì)開關(guān)跳合閘時(shí)刻的精確控制[4]。

1 組合式開關(guān)的研制

在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室中，常用開關(guān)是交流控制的交流接觸器或直流控制的交流接觸器。交流控制的交流接觸器因其使用交流50 Hz電源作為控制電源，開關(guān)控制線圈在電流過零點(diǎn)左右跳閘，在峰值前后合閘，開關(guān)合閘及跳閘時(shí)的動(dòng)作時(shí)間的離散性很大，精度不高，理論上有±5 ms偏差，對(duì)于50 Hz的交流波形相當(dāng)于±90°偏差，而且可控性差，所以不能采用交流控制的交流接觸器。直流控制的交流接觸器合閘精度很高，但跳閘精度不高。原因是其內(nèi)部通過小阻抗線圈串非線性電阻方法來消耗跳閘時(shí)線圈的能量，回路時(shí)間常數(shù)大，衰減慢，大大降低了跳閘動(dòng)作時(shí)間的精度。

1.1 組合開關(guān)研制應(yīng)用

為了滿足實(shí)驗(yàn)研究需要，提高開關(guān)動(dòng)作時(shí)間精度，縮短開關(guān)的跳合閘時(shí)間差，進(jìn)行了大容量高精度組合開關(guān)研制。對(duì)交流控制的交流接觸器進(jìn)行了改造，將其控制回路由交流控制改成直流控制，改造后的接觸器（JQF）其跳閘時(shí)間精度大大提高。同時(shí)把直流控制的交流接觸器（SQF）與改造后的接觸器（JQF）并聯(lián)組合使用，由JQF負(fù)責(zé)跳閘，SQF負(fù)責(zé)合閘，既提高了開關(guān)的跳合閘動(dòng)作時(shí)間的精度，達(dá)到精確控制了電源合閘角度和切除角度的目的，又縮短跳合閘時(shí)間差，且使跳合閘之間的時(shí)間差可調(diào)可控。

變壓器勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流實(shí)驗(yàn)接線圖如圖1所示，虛線框內(nèi)為大容量高精度組合開關(guān)。組合開關(guān)由接觸器SQF、JQF并聯(lián)組成，每個(gè)接觸器的額定電流為170 A，絕緣電壓為1000 V，最大可承受的短時(shí)沖擊電流小于等于50 kA，試驗(yàn)時(shí)模型的運(yùn)行電壓為800 V。開關(guān)具有較大的容量，能承受模型試驗(yàn)中各種各樣的短路電流的沖擊。

圖1 變壓器勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流接線

圖1中W22、W23分別為50 kVA和100 kVA模擬無窮大電源[5]，通過組合可以模擬不同容量的電源系統(tǒng)。X72、X66、X75分別為不同長(zhǎng)度的模擬線路，K39、K35、K41為對(duì)應(yīng)線路的短接開關(guān)，通過開關(guān)的投切組合，可以控制電源系統(tǒng)的阻抗。02T和10T均為15 kVA模擬變壓器，06T為31 kVA模擬變壓器，其中02 T為被試變壓器，通過開關(guān)的組合可以進(jìn)行不同方式下變壓器勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流的研究實(shí)驗(yàn)。

1.2 開關(guān)控制回路的改造

圖2為改造后的接觸器JQF的控制回路接線圖，分別設(shè)計(jì)了“遠(yuǎn)方”和“就地”控制按鈕，控制方式靈活多樣。

圖2 改造后的接觸器JQF控制回路接線圖

改造前，圖2中QF是接觸器JQF的交流220 V控制線圈，合閘時(shí)最大沖擊電流max=4.14 A，工作維持電流為0.25 A，QF線圈電阻w=175 Ω，線圈電感是一個(gè)變化量，合閘前=157 mH、合閘后=2740 mH，前后相差17倍之多。

經(jīng)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試，在JQF控制線圈回路中串聯(lián)了保持電阻1，線性電阻1=800 Ω；QF線圈并聯(lián)了線性電阻2和電容C，2=100 Ω，2的作用是縮短跳閘回路時(shí)間常數(shù)，提高開關(guān)跳閘動(dòng)作時(shí)間的精度。電阻1和2值的選取要與線圈電阻值相匹配，不能太大或太小，1太大會(huì)使流經(jīng)線圈的電流值達(dá)不到額定合閘工作電流，導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)；1太小，線圈保持電流超過額定值，開關(guān)長(zhǎng)時(shí)間閉合時(shí)，會(huì)燒毀開關(guān)線圈。根據(jù)衰減時(shí)間常數(shù)計(jì)算公式可以計(jì)算出改造后的回路跳閘前后的衰減時(shí)間：

2 合閘角控制器

要實(shí)現(xiàn)開關(guān)跳合閘角度和時(shí)間差的精確控制，還需要有合閘角程序控制器。合閘角控制器首先要精確判斷交流電壓過零點(diǎn)的時(shí)刻0，其次根據(jù)測(cè)得機(jī)械開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間y，計(jì)算出指令發(fā)出時(shí)間，以滿足整定的跳合閘角度。根據(jù)事先測(cè)得的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間y以計(jì)算出指令發(fā)出延時(shí)時(shí)間，K=+y即在K時(shí)刻發(fā)出合閘脈沖[6]，時(shí)間的計(jì)算要考慮參考電壓波形周期的影響。

開關(guān)工作電源分直流電源、交流電源兩種形式。使用直流電源控制的開關(guān)，跳合閘動(dòng)作時(shí)間是穩(wěn)定的。使用交流電源控制的開關(guān)，跳合閘動(dòng)作時(shí)間是隨上電時(shí)刻控制電源波形的角度而變化的。由于開關(guān)制作材料及生產(chǎn)工藝的不同，每個(gè)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間并不一致[7]。即使是同一個(gè)開關(guān)，其動(dòng)作時(shí)間也會(huì)隨著運(yùn)行工況的不同及使用次數(shù)的增加而產(chǎn)生變化。因此合閘角控制器必須具有自動(dòng)跟蹤開關(guān)動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)態(tài)矯正指令發(fā)出延時(shí)時(shí)間的功能。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

開關(guān)跳合閘的精確控制以及動(dòng)態(tài)矯正開關(guān)動(dòng)作時(shí)間，關(guān)鍵要解決3個(gè)問題：一是要正確采集開關(guān)跳合閘成功的反饋信號(hào)；二是要控制開關(guān)開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻；三是要精確測(cè)量開關(guān)的合閘時(shí)間以及開關(guān)的跳閘時(shí)間。為了解決以上3個(gè)問題，對(duì)硬件電路進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，硬件電路結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 硬件電路結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1 開關(guān)位置的反饋信號(hào)

判斷開關(guān)跳合閘是否成功，就需要有開關(guān)合閘/跳閘成功的反饋信號(hào)。在本文設(shè)計(jì)的合閘角程序控制器裝置中，反饋信號(hào)可以是開關(guān)的分位/合位信號(hào)，見圖3中斷路器開關(guān)位置模塊；也可以是開關(guān)出線側(cè)的電壓信號(hào)或通過開關(guān)的電流信號(hào)，見圖3中電壓電流波形整形模塊。通過采集如下3種信號(hào)去判別開關(guān)是否跳合閘成功各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件或?qū)嶒?yàn)要求三選一。

（1）開關(guān)的分位/合位信號(hào)。分合位信號(hào)是接觸器輔助觸點(diǎn)的信號(hào)，只有兩種狀態(tài)：分位和合位。對(duì)于信號(hào)處理電路來說，相對(duì)比較可靠簡(jiǎn)單。但接觸器的輔助觸點(diǎn)和主觸頭會(huì)有毫秒級(jí)的時(shí)間差，且有一定的離散性，因此以開關(guān)的分位和合位信號(hào)不能精確判斷開關(guān)是否分合閘成功。

（2）開關(guān)出線側(cè)的電壓信號(hào)。在開關(guān)跳合閘瞬間，開關(guān)出線側(cè)的電壓信號(hào)有不確定角度的正弦波變?yōu)榱悖蛴闪阕優(yōu)椴淮_定角度的正弦波，角度的不確定性使得快速捕捉變化變得非常困難。對(duì)此信號(hào)的處理采用軟硬件結(jié)合的方式，首先由硬件處理回路把0~100 V電壓轉(zhuǎn)換成0~3 V信號(hào)。軟件采用程序監(jiān)測(cè)軟件（也稱作看門狗技術(shù)）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓量的變化。用戶可以預(yù)先對(duì)裝置監(jiān)測(cè)電壓值的上下限進(jìn)行設(shè)定，監(jiān)測(cè)軟件能快速跟蹤檢測(cè)輸入電壓是否超出裝置整定值，一旦監(jiān)測(cè)到的電壓超出整定值的范圍，將會(huì)觸發(fā)監(jiān)測(cè)軟件中斷。電壓信號(hào)二次額定值為57.74 V，正常運(yùn)行系統(tǒng)的變化不大，所以采用出線側(cè)電壓信號(hào)比較靈敏、可靠。但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需要增加出線側(cè)的電壓互感器。

（3）通過開關(guān)的電流信號(hào)。在有負(fù)載的情況下，在開關(guān)跳合閘瞬間，開關(guān)出線側(cè)的電流信號(hào)有正弦波不確定角度變?yōu)榱慊蛴闪阕優(yōu)檎也ǖ牟淮_定角度。對(duì)此信號(hào)采用軟硬件結(jié)合的方式，首先由硬件處理回路把電流轉(zhuǎn)換成0~3 V信號(hào)。硬件方式不容易偵測(cè)電流變化時(shí)刻，采用模擬量監(jiān)視定時(shí)器（看門狗）技術(shù)偵測(cè)電流的變化。一旦采集到的電流超出該上下限，將會(huì)立即觸發(fā)模擬看門狗中斷。電流信號(hào)二次額定值為5A，但由于負(fù)載的不同，電流變化很大，所以采用出線側(cè)電流信號(hào)不靈敏。但一般現(xiàn)場(chǎng)均配備電流互感器，所以此信號(hào)容易獲得。

2.1.2 過零點(diǎn)時(shí)刻和開關(guān)動(dòng)作時(shí)間的處理

電壓信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)刻的精確提取是實(shí)現(xiàn)開關(guān)在信號(hào)波形指定相角處動(dòng)作的關(guān)鍵。一般情況下電壓信號(hào)過零點(diǎn)的提取是通過采用過零比較器來實(shí)現(xiàn)，主要是采用電壓比較模塊（LM393）將輸入的正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)，以快速精確檢測(cè)到信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)刻。LM393電壓比較器是一款專業(yè)的電壓比較器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，靈敏度高等特點(diǎn)，比較適合應(yīng)用于專門的電壓比較電路中[8]。

在電壓比較器電路中，是將接入的實(shí)時(shí)變化的電壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換輸出方波信號(hào)，然后將此方波信號(hào)直接輸出至CPU的I/O中斷信號(hào)，減少了響應(yīng)時(shí)間，提高了計(jì)時(shí)精度?？刂颇K通過I/O中斷信號(hào)能快速精確檢測(cè)到過零點(diǎn)時(shí)刻[9]。

開關(guān)的跳閘/合閘是由控制板上的繼電器控制開關(guān)操作電源來實(shí)現(xiàn)。由于繼電器動(dòng)作需要時(shí)間，為程序處理方便，對(duì)繼電器和開關(guān)跳合閘時(shí)間進(jìn)行了綜合處理，把控制繼電器時(shí)間和開關(guān)的動(dòng)作延時(shí)時(shí)間進(jìn)行綜合考慮，開關(guān)跳/合閘時(shí)間的測(cè)量是從合閘繼電器線圈帶電起開始計(jì)時(shí)，直至開關(guān)主觸頭實(shí)際斷開/閉合時(shí)停止[10]。

2.1.3 開關(guān)控制電源的測(cè)量

分合閘時(shí)間與控制電源電壓的變化有很大的關(guān)系。為了提高角度控制單元的控制精度，需要對(duì)開關(guān)控制電源的電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。交流控制電源的幅值、頻率及與主回路電壓相位差均與開關(guān)跳合閘延時(shí)密切關(guān)系，所以對(duì)開關(guān)控制電源電壓信號(hào)設(shè)計(jì)了專門的測(cè)量電路。

將控制電源電壓信號(hào)變換成小信號(hào)輸入到芯片的A/D回路，并連接到電壓比較器中，這個(gè)實(shí)時(shí)變化的電壓信號(hào)將與基準(zhǔn)電壓相比較后轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)輸出，然后將此方波信號(hào)直接輸入至CPU的I/O中斷信號(hào)，可計(jì)算出交流控制電源的頻率及與主回路電壓的相位差[8]。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是配合硬件電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路電壓、控制電源和開關(guān)狀態(tài)的測(cè)量與監(jiān)控。主要完成數(shù)據(jù)采集，參考電壓零點(diǎn)的提取，開關(guān)狀態(tài)的反饋、觸發(fā)啟動(dòng)條件判斷、通信上傳等功能。主程序包括系統(tǒng)初始化、開機(jī)自檢（RAM自檢、FLASH自檢等）、數(shù)據(jù)采集、液晶顯示檢測(cè)、操作處理等[11]。主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序框圖

系統(tǒng)初始化包括CPU時(shí)鐘的初始化、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的初始化，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的初始化。系統(tǒng)初始狀態(tài)的初始化是指在裝置沒有收到任何操作指令時(shí)，系統(tǒng)要自動(dòng)完成輸入信號(hào)的采集檢測(cè)、參考電壓的過零點(diǎn)、實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。當(dāng)系統(tǒng)接到就地或遠(yuǎn)方的操作指令后，將觸發(fā)CPU芯片的I/O中斷，啟動(dòng)分合閘時(shí)間計(jì)算程序和過零點(diǎn)檢測(cè)計(jì)算程序，根據(jù)開關(guān)的控制電源電壓、與主回路相位關(guān)系等參數(shù)，自適應(yīng)預(yù)測(cè)出開關(guān)操作回路的動(dòng)作時(shí)間，并實(shí)時(shí)計(jì)算出開關(guān)執(zhí)行單元的觸發(fā)延時(shí)，及時(shí)調(diào)用相應(yīng)的控制程序，精確控制開關(guān)在預(yù)設(shè)的電壓角度處跳閘或合閘。

3 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用

研制的大容量高精度組合開關(guān)和合閘角程序控制器如圖5所示。通過兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)跳合閘時(shí)刻的精確控制。

首先針對(duì)合閘角程序控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可以選擇定延時(shí)控制和定合閘角度控制。當(dāng)選擇定延時(shí)控制時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)后將以出口1為參考，按照每個(gè)通道設(shè)定的出口延時(shí)和出口脈寬進(jìn)行出口，主要用于系統(tǒng)故障持續(xù)時(shí)間及轉(zhuǎn)換性故障的轉(zhuǎn)換時(shí)間的精確控制。當(dāng)選擇定合閘角度控制時(shí)，首先要將參考電壓信號(hào)、開關(guān)位置的反饋信號(hào)、交流控制電源電壓信號(hào)、主回路的電壓信號(hào)等接入合閘角控制器中，然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行整定。整定原理如圖6所示，在系統(tǒng)第一次啟動(dòng)后程序會(huì)自動(dòng)檢測(cè)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間y，延時(shí)時(shí)間則根據(jù)整定的合閘角度進(jìn)行自動(dòng)矯正，是個(gè)變化的量。合閘角開入量去抖動(dòng)延時(shí)為1 ms，出口脈寬m默認(rèn)值為100 ms；增角在0~360°范圍可以設(shè)置；循環(huán)間隔時(shí)間為100周波（2000 ms）。在循環(huán)模式下，只需要觸發(fā)一次即可，裝置第一次會(huì)以設(shè)定的起始合閘角度進(jìn)行合閘，第二次以起始合閘角度加上單次增角進(jìn)行合閘，以此類推，每次合閘都在前次合閘角的基礎(chǔ)上增加增角，直到最終合閘角度大于360°為止。圖6為合閘角度的參數(shù)原理示意圖。

圖5 大容量高精度組合開關(guān)和合閘角程序控制器

圖6 合閘角度的整定原理示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合閘角控制器可以在0~360°范圍內(nèi)精確控制開關(guān)的合閘角度，合閘角度誤差小于1°（0.05 ms），從發(fā)出合閘命令時(shí)刻起到匹配整定的合閘角度并出口，動(dòng)作時(shí)間小于等于40 ms。針對(duì)組合開關(guān)進(jìn)行測(cè)試，因受開關(guān)磁鐵剩磁和機(jī)械阻力等因素的影響，開關(guān)跳合閘時(shí)間有一定的離散性，開關(guān)的動(dòng)作誤差為0.1 ms。組合開關(guān)系統(tǒng)的控制精度由原來單個(gè)接觸器的±5 ms提高到±0.1 ms，開關(guān)的裝置運(yùn)行可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，能滿足科學(xué)研究需要。

組合開關(guān)系統(tǒng)可以對(duì)發(fā)電機(jī)、輸電線路的故障時(shí)刻和故障持續(xù)時(shí)間進(jìn)行精確控制，也可以對(duì)變壓器跳閘時(shí)刻和合閘時(shí)刻進(jìn)行精確控制，圖7為2臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器勵(lì)磁涌流及和應(yīng)涌流實(shí)驗(yàn)波形（下標(biāo)a、b、c為相線編號(hào)，9—15為信號(hào)通道），02T為運(yùn)行中的小容量變壓器，06T為合閘操作中的大容量變壓器，精確控制06T在繞組剩磁最大時(shí)跳閘，然后在200 ms后合閘，合閘時(shí)06T產(chǎn)生最大的勵(lì)磁涌流，并且在02T上產(chǎn)生和應(yīng)涌流。和應(yīng)涌流在120 ms左右起振到最大，2400 ms才結(jié)束。通過實(shí)驗(yàn)找到控制涌流大小的方法和變壓器保護(hù)的新原理和新判據(jù)，有助于提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖7 變壓器涌流實(shí)驗(yàn)波形（參考電壓角度為0°）

4 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試應(yīng)用分析表明，所設(shè)計(jì)的大容量組合開關(guān)系統(tǒng)，具有開斷容量大、能精確控制跳合閘角度、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室反復(fù)重復(fù)再現(xiàn)實(shí)際電力系統(tǒng)故障波形，能進(jìn)行0~360°不同時(shí)刻的跳合閘實(shí)驗(yàn)和故障實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)短路時(shí)刻精確控制、故障轉(zhuǎn)換時(shí)間的精確控制、變壓器勵(lì)磁涌流精確控制等，進(jìn)一步發(fā)揮了動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室的物理模擬實(shí)驗(yàn)中的作用[12]。已經(jīng)開展了系列暫態(tài)波形分析，為電力系統(tǒng)的科學(xué)研究、電力自動(dòng)裝置的檢測(cè)、動(dòng)模實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段。

[1] 韓士杰.動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)涌流控制及短路模擬智能開關(guān)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2011.

[2] 白銀浩，張璐，馮一展，等.一起涌流引起的主變跳閘事故仿真分析及其改進(jìn)措施[J].河南科技，2014(21): 107-108.

[3] 吳彤.電力系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)合閘角控制系統(tǒng)的研制[C]//第6屆全國(guó)高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集. 2009.

[4] 楊德先，吳彤，吳希再.復(fù)雜電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)的研制[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005, 22(10): 68-71.

[5] ZHANG F G, YANG D X. Research on Infinite Bus System Model in the Power System dynamic Simulation[C]//procee-dings of the 2016 international conference on energy (EPEE), power and electrical engineering. Shenzhen: 2016, 56: 192-194.

[6] 鄭貴林，陳曦.基于滑動(dòng)窗口法的智能開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)[J].自動(dòng)化與儀表，2014, 29(8): 61-64.

[7] 李欣唐，鄒貴彬，胡珂.具有合閘角控制功能的模擬故障過程控制器[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003(8): 46-49.

[8] 張鳳鴿，韓士杰，吳彤，等.多功能電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功角測(cè)量裝置開發(fā)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018, 35(12): 88-91, 96.

[9] 呂賀強(qiáng).永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器同步關(guān)合控制的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[10] 賈躍華，王銀順，高志剛. 用于電流沖擊實(shí)驗(yàn)的合閘角控制系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)，2008(9): 27-29, 32.

[11] 陳虹麗，馬國(guó)豪，李強(qiáng). 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)升降速并行控制[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018, 35(7): 83-85.

[12] 張鳳鴿，楊德先，易長(zhǎng)松.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

Development of accurate control system for tripping and closingangle of large capacity combination switch

ZHANG Fengge1, HAN Shijie2, YAN Lei3, WU Tong1, YANG Dexian1, XU Daixia2

(1. Hubei Key Laboratory of Electric Power Safety and High Efficiency, School of Electrical and Electronic Engineering, State Key Laboratory of Strong Electromagnetic Engineering and New Technologies, College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. State Grid Electric Power Research Institute Co., Ltd., Nanjing 210061, China; 3. Shandong Survey and Design Institute of Water Resources, Ji’nan 250013, China)

A large capacity and high-precision combination switch and a program controller with multi-channel reference voltage are developed, which can accurately control the switching angle and realize precise control of short-circuit time, transformer inrush current experimental angle and switching time of transforming faults in power system. It can reproduce all kinds of fault waveforms in real power system in dynamic simulation laboratory, and carry out fault experiment and fault waveform analysis at different time from 0 to 360°. The experiment shows that the control accuracy of the switch can be increased from ±5 ms to ±0.1 ms, which meets the needs of scientific research and experiment.

power system; inrush current; fault waveform; switching angle; dynamic simulation experiment

TM712

A

1002-4956(2019)10-0100-06

10.16791/j.cnki.sjg.2019.10.024

2019-02-26

國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目（2016ZX05038-001）

張鳳鴿（1980—），女，安徽潁上，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)物理建模與數(shù)字仿真、配電自動(dòng)化等。E-mail: zfg@hust.edu.cn