1、 概述
SSPB（Smart Split Phase Breaker）是一種能在系統(tǒng)電壓波形的指定相位處投切電力設(shè)備的智能裝置，其可以實(shí)現(xiàn)使得電容器、空載變壓器和空載線路等電力設(shè)備在對(duì)自身和系統(tǒng)沖擊最小的情況下投入電力系統(tǒng)。
基于SSPB電壓無功綜合自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置（簡稱ZG-VQC），適用于220kV及以下電壓等級(jí)變電站的無功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化。ZG-VQC采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)施就地取樣、就地補(bǔ)償、就地控制、就地保護(hù)。裝置集電容器分組投切、變壓器有載調(diào)壓優(yōu)化控制、電容器微機(jī)保護(hù)、電容器操作錄波、電容器諧波電流測(cè)量、VQC控制及RTU等多功能于一體。ZG-VQC運(yùn)用SSPB進(jìn)行電容器過零投切，實(shí)現(xiàn)電容器分組按需過零自動(dòng)投切及變壓器有載調(diào)壓優(yōu)化控制；解決了目前無功補(bǔ)償裝置存在的電容器不能分組過零投切，可靠性低，優(yōu)化性能差，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等問題；消除了由于合閘涌流、操作過電壓對(duì)系統(tǒng)及電容器等設(shè)備造成的危害；同時(shí)可以改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高變壓器帶負(fù)載能力，使變壓器在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，達(dá)到降損節(jié)能及實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的目的，是變電站無功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化控制的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。
2、 目前變電站VQC面臨的問題
目前變電站電壓無功綜合自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置，電容器組作為重要的無功功率設(shè)備，電容器組的投切常常以三相斷路器或者三相真空接觸器作為操作開關(guān)，采用這種電容器組投切方式不可避免在電容器合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大涌流，涌流容易對(duì)電容器、開關(guān)設(shè)備等造成損害，嚴(yán)重時(shí)可能威脅電力設(shè)備安全運(yùn)行。涌流可能造成以下一些危害：
（1）造成投切開關(guān)的損壞
合閘電流急劇上升，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生很大電流，加之其振蕩頻率高，使得開關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生很大機(jī)械應(yīng)力和震動(dòng)，造成投切開關(guān)的觸頭熔焊，燒毀。
（2）造成電容器的損壞
實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)表明：電容的合閘涌流為電容額定電流的4~15倍，其振蕩頻率為250~400Hz，電容合閘產(chǎn)生過電壓約為相電壓的2~3倍。
（3）涌流產(chǎn)生的電動(dòng)力可能使其他零件損壞，還可能給串聯(lián)電抗器造成絕緣損傷。
變電站分合電容器組一般采用的是傳統(tǒng)彈簧操作結(jié)構(gòu)的斷路器或者真空接觸器，其分合閘動(dòng)作完全依靠機(jī)械傳動(dòng)，零部件總數(shù)多，傳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)部件多，并且多次分閘動(dòng)作存在機(jī)械磨損，開關(guān)動(dòng)作間隔時(shí)間長，壽命短，無法應(yīng)對(duì)電容器組頻繁投切的需求。
3、 SSPB介紹
SSPB由單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器和分相同步投切控制器兩部分組成。單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器從真空滅弧室、波紋管、操動(dòng)機(jī)構(gòu)幾個(gè)關(guān)鍵部件采用全新理念設(shè)計(jì)，使得斷路器具備頻繁操動(dòng)能力，且分合閘時(shí)間分散小，從而能夠發(fā)展為同步操作的斷路器。分相同步投切控制器采用現(xiàn)代微電子控制技術(shù)，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的跟蹤電網(wǎng)相位信息，在接收到就地或遠(yuǎn)方控制指令后能自適應(yīng)補(bǔ)償斷路器的動(dòng)作時(shí)間，并根據(jù)電容器組的機(jī)構(gòu)以及真空開關(guān)的特性，同步分相分合電容器組。
單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器
單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器通過電磁合閘、永磁保持及彈簧分閘，克服了彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器各自的不足之處，綜合體現(xiàn)了彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)和磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)與真空滅弧室出力特性的良好配合，具有優(yōu)異的機(jī)械特性及電氣特性。
單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器采用三相獨(dú)立操動(dòng)、永磁機(jī)構(gòu)與真空滅弧室上下直線布置的操動(dòng)方式，傳動(dòng)部件減至最少，降低運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)能損耗的離散性，所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)均為直線線性運(yùn)動(dòng)，使開關(guān)每相均具有較好的機(jī)械合性。
單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)
單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器的真空滅弧室，既需要提高其故障電流下的開斷能力，又需要改善其在負(fù)荷電流下的可靠性。在研究縱磁場(chǎng)對(duì)真空電弧在觸頭表面分布狀況的改善，應(yīng)用特殊觸頭材料設(shè)計(jì)出特殊觸頭結(jié)構(gòu)的超小型真空滅弧室，其可靠性和使用壽命上完全能與操動(dòng)機(jī)構(gòu)相匹配。
單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器的金屬紋波管采用特殊焊接工藝，而不是傳統(tǒng)的鍛壓技術(shù)制造的波紋管，可實(shí)現(xiàn)更高的操作次數(shù)。
超小型真空滅弧室
與傳統(tǒng)鍛壓工藝波紋管的對(duì)比
分相同步投切控制器
智能化分相同步投切控制器是采用現(xiàn)代微電子控制技術(shù)，以高性能DSP處理器為平臺(tái)，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的跟蹤電網(wǎng)相位信息，在接收到就地或遠(yuǎn)方控制指令后能自適應(yīng)補(bǔ)償斷路器的動(dòng)作時(shí)間，并根據(jù)電容器組的機(jī)構(gòu)以及真空開關(guān)的特性，柔性性關(guān)合、切斷電容器組。智能化分相同步投切控制器具有以下一些技術(shù)特點(diǎn)：
（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)母線電壓、電容器電流、斷路器分合閘線圈電流等參數(shù)的實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)；
（2）根據(jù)后臺(tái)操作指令，自動(dòng)檢測(cè)母線電壓信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)分相過零投切真空開關(guān)；
（3）智能化自動(dòng)校正功能，自動(dòng)對(duì)每一次操作的相關(guān)參數(shù)（包括母線電壓、電容器電流、分合閘線圈電流等）進(jìn)行測(cè)量記錄，并依據(jù)這一測(cè)量結(jié)果，自動(dòng)調(diào)整修正下一次開關(guān)操作的延遲時(shí)間，以使開關(guān)的分合閘精度始終保持在最佳狀態(tài)。
（4）具有開斷短路電流能力，在電容器組出現(xiàn)短路等故障時(shí)，能夠及時(shí)動(dòng)作斷開電容器組，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，并具有獨(dú)創(chuàng)的電容器諧波保護(hù)功能；
分相同步投切控制器
SSPB通過控制動(dòng)作相角與動(dòng)作速度能夠在系統(tǒng)電壓過零時(shí)投入電容器組，可極大地減小斷路器動(dòng)作過程中的暫態(tài)過程，有益于提高斷路器的壽命與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適合于電容器組在無功補(bǔ)償領(lǐng)域頻繁投切動(dòng)作的實(shí)際需求。
SSPB合閘時(shí)電容器涌流
傳統(tǒng)斷路器合閘時(shí)電容器涌流
4、 ZG-VQC電壓無功綜合自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置的組成
ZG-VQC電壓無功綜合自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置主要由SSPB、VQC主控單元、電容器微機(jī)保護(hù)單元、電抗器、電容器組組成。
SSPB
SSPB由可分相操作的單穩(wěn)態(tài)真空永磁斷路器和分相同步自動(dòng)投切控制組成，是一種智能式過零分合閘斷路器。即在每相斷口電壓差等于零時(shí)合閘，每相斷口通過電流過零時(shí)分閘的一種斷路器。同時(shí)還具有運(yùn)行狀態(tài)自檢、無死區(qū)防跳及防誤操作閉鎖等功能的裝置。它改變了以往斷路器功能單一的現(xiàn)狀，使斷路器不再是一種單一操作機(jī)構(gòu)，而更是一種智能的自動(dòng)化裝置。
VQC主控單元
VQC主控單元是整套控制裝置的核心部分。它采用信號(hào)處理器，多CPU結(jié)構(gòu)，大屏幕液晶顯示，既具有電壓、無功控制功能，又具有測(cè)量、錄波、保護(hù)閉鎖、通訊、諧波測(cè)量等功能。利用無功限值和電壓限值，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式，采用模糊控制原理，判別系統(tǒng)運(yùn)行方式，自動(dòng)生成電容器組投切、變壓器抽頭調(diào)整的控制策略。可以實(shí)現(xiàn)電容器不等份分組，按階梯狀分組，組合投切。
電容器微機(jī)保護(hù)單元
電容器微機(jī)保護(hù)單元采用微機(jī)保護(hù)，可以對(duì)電容器組提供三段式過流、過壓、欠壓、不平衡、諧波電流等保護(hù)。
一次設(shè)備
電容器、電抗器及其附屬設(shè)備。
5、 技術(shù)特點(diǎn)
電容器組過零同步投切技術(shù)，采用可分相操作的永磁真空斷路器及自適應(yīng)控制技術(shù)，具有在斷口電壓過零時(shí)刻投入電容器，在電流過零時(shí)刻切除電容器功能，實(shí)現(xiàn)電容器組無涌流和無過電壓投切。
裝置按無功限值和電壓限值構(gòu)成多區(qū)域控制圖（擴(kuò)展九域圖），根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，判斷所處控制區(qū)域位置，生成調(diào)容、調(diào)壓控制策略。實(shí)現(xiàn)變壓器有載調(diào)壓自動(dòng)控制，電容器分組按需投切的功能。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況設(shè)定電壓優(yōu)先或無功優(yōu)先控制原則。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)一次拓?fù)潢P(guān)系，并根據(jù)該拓?fù)潢P(guān)系自動(dòng)生成控制策略。
采用多CPU并行處理技術(shù)，自動(dòng)化程度高，集無功補(bǔ)償控制、開關(guān)在線監(jiān)測(cè)、諧波測(cè)量與控制及錄波功能于一體。
裝置每組電容器均配置微機(jī)電容器保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)電容器過流、過壓、缺相、不平衡、諧波保護(hù)等保護(hù)，當(dāng)任何一組電容器出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)單元可分?jǐn)啾窘M開關(guān)并閉鎖合閘，不影響其他組電容器正常工作。
在變壓器過載、保護(hù)動(dòng)作跳閘、變壓器有載調(diào)壓連調(diào)故障、控制對(duì)象拒動(dòng)、自檢異常等情況下自動(dòng)閉鎖。
實(shí)時(shí)存儲(chǔ)控制對(duì)象動(dòng)作前后系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和保護(hù)動(dòng)作記錄；對(duì)控制對(duì)象動(dòng)作次數(shù)及無功補(bǔ)償容量按日、月、年統(tǒng)計(jì)。裝置具有與RTU或監(jiān)控系統(tǒng)通訊接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能。
6、 技術(shù)參數(shù)
額定電壓：10kV、35kV
額定頻率：50Hz
電容器組接線方式：單星型接線
裝置的保護(hù)：電容器內(nèi)熔絲保護(hù)、電容器組不平衡保護(hù)
額定容量：1000kVar～10000kVar
電容器額定電流操作次數(shù)：15萬次
同步斷路器分合閘時(shí)間誤差：<1ms
電容器組操作頻率：≤100次/小時(shí)
穩(wěn)態(tài)過電流：在方均根值不超過1.1×1.30Un的電流下連續(xù)運(yùn)行。
最大允許容量：1.35Qn | 
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