类似晶闸管投切电容器组的机械预充电同步开关装置PSC介绍(第二次修改)

类似晶闸管投切电容器组的机械预充电同步开关装置（PSC）--重写版 1.简介 北京馨容纵横科技发展有限公司巧妙地将SVC晶闸管技术应用于同步开关上，创造性地在机械开关触点的两端并联限流电阻和二极管串联的预充电电路，成功研制出理想投切电容器的机械预充电同步开关装置（PSC）。这项技术具有完全自主知识产权，无中生有的技术，是中国人自己原创的专利技术。 经过一代一代的改进和提升，目前围绕该核心技术形成了6个专利的专利技术群，已经获得了三项发明专利、三项实用新型专利，三项实用新型专利中有一项得到通知有望授予发明专利权。从2006年4月研制第一代串联复合开关开始，历经近9年的坚持不懈的探索实践，已经研制出五代机械预充电同步开关技术。2009年1月研制出的第二代2控3预充电开关。第三代技术则将预充电技术拓展到电磁开关，使得同步开关不仅仅使用永磁开关；第四代推出的基于单台三极同步开关的智能型无功补偿装置中，预充电开关不仅可以应用于星形电路中，也可以应用在三角形电路的角内；第五代研制出一台两极开关加一台单极开关或三台单极开关加三台预充电电路的理想投切预充电开关装置。随着 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 应用的需要，预充电开关技术还在不断推新发展。 常规同步开关投切电容器组比普通机械开关投切电容器有很大的进步，相比常规同步开关投切电容器组的方式，预充电开关又具有显著和独特的优势：单台单独投入和多台背靠背投入没有显著的冲击电流，常规同步开关背靠背投入有显著的冲击电流；打开没有重燃，符合国标规定；开关运行没有能耗，电容器组不加放电线圈，节能环保；预充电开关从打开到再次闭合的时间为秒级，常规开关则要10分钟；预充电开关在理想投切点的±2.17ms的投切效果相当于常规同步开关±1ms 的投切效果；预充电开关电路形式简单，只在开关触点的两端并联预充电电路，通过使用同步触发的电子电路，即可完成高精度的投切电容器组动作要求；可以实现单台3极开关无明显冲击电流投切。 在实施坚强、绿色智能电网大环境下，我们研制的同步预充电技术具有广阔的应用领域：无论是中、低压电路等级，还是星型和三角型等的电路连接形式，还是接触器、断路器、永磁开关和电磁开关等都可使用。现有设备的改造和新建补偿装置，预计现有的同步开关装置制造商，无功补偿和谐波滤波装置制造商，均可应用本专利群的第三代、第四代、第五代专利技术，实现公司销售额的倍增。 2.现有技术和问题 电网需要无功补偿来达到稳定电网电压，提高功率因数，减低线路损耗的目的。投切电容器 1 组是实现无功补偿的主要方法，然而，投切电容器组的技术现状不容乐观。 判断投切电容器的方式性能优劣的着眼点大致有为：单体和背靠背投切的电流冲击；投切的速度：从停止到再次投切的时间；有无弹跳和预击穿、重燃的危险，开关闭合、打开的动作时间，他们影响开关和装置的安全；开关的机械寿命和电气寿命次数；能耗大小，是否绿色环保无污染耗能低；技术的复杂程度是否便于维修；性能优越是否价格可以接受。还有是否一体化、智能化、抗干扰等。 2.1 机械开关投切电容器 在无功补偿领域，约有80%使用机械式触点开关投切电容器（电力电容器2011年年会 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 文件），机械式触点开关是三极开关，三极开关的三个主触点同时闭合、打开，在随机不确定的电网电压相位角投切电容器，投入时的电流超过正常额定电流的4倍到10、20倍，引起电网电压畸变。ABB 公司在“ABB_VSC 真空接触器.pdf ”文件中展示常规接触器投切电容器的冲击波形，接触器投切电容器额定电流在23.1A ，合闸冲击电流峰值600A （15倍），同样负载背靠背投切冲击电流为1800A （45倍）。此外，还存在合闸机械触点预击穿、弹跳，打开触点重燃的危险概率，预击穿、弹跳和重燃使得电容器组过电压，损坏电容器，容易造成事故。而用机械式触点开关投切电容器仍有大量市场占有率的原因是其电路简单，成本低。据反映，变电站的补偿装置，2、3年就有电容器等设备损坏，维修量很大。35kV 投切，由于采用真空开关经常出现故障，大多采用六氟化硫FS6开关，六氟化硫气体对环境有污染。 2.2 同步开关 人们发现在电网电压的过零点闭合开关投切电容器会明显降低冲击电流，诞生了同步开关技术。 常规的同步开关投切电容器不满足理想投切条件，是非理想状态下的投切（理想投切条件见下文），存在如下缺欠：闭合开关时有至少1.6倍的电流冲击，常规的同步开关在电网电压的零点投入，在背靠背投切电容器组时，已经工作的电容器电流正在运行在峰值，这个峰值电流向将要投入的电容器组灌输，将要投入的电容器涌流极大，就不是1.6倍的电流，可以是正常投切的3倍的冲击电流，电容器组的运行通常分成若干组的，背靠背的冲击电流是不可避免的；电容器切除时，电容器上保持着电网电压的峰值的直流电压，常规的同步开关需要用放电线圈或放电电阻将电容器的直流电压卸放到零，才可以做到在电网电压等于零的时候，开关主触点的电压为零，此时投入冲击电流最小，打开电容器时，电容器上存储的能量为2U *C *0.5，U 为电网电压的峰值，线圈放电和电阻放电都是在耗能，能量白白的消耗是很可惜的，与绿色环保节能降耗的时代呼声背离；由于放电需要时间，所以投切电容器组的开关由闭合、打开到再次闭合的动作时间长，通常为分钟级，一般为10分钟以上；常规的同步开关在电网电压的零点投入，电工和数学理论告诉我们。正弦波电 压的零点处电压变化率最大为1，真正扑捉到零点很不容易，为了使得冲击电流小，工程约定常规的同步开关的投切精度为零点的±1ms，也就是说，常规的同步开关对动作要求精度要高，精度高就非常难做，难于在工程大面积推广，广东东莞供电局与香港合作开发同步开关，历时7年都没有成功；机械开关触点运动都有弹跳，弹跳为机械开关特有的特征，闭合时触点冲击力极大，开关触点闭合上又打开，再次闭合，几个来回才真正闭合好，电网电压零点变化率最大，离开零点，电压迅速升高，弹跳的时间超过2ms，就要威胁电容器的安全。常规同步开关走的技术路线是提高开关本身动作精度。 2.3复合开关 复合开关是由可以精确触发动作的晶闸管开关和没有精度要求的三极机械开关组成，主要为并联型复合开关。复合开关由于要用到晶闸管，所以比单纯采用机械开关所用元件数量多，控制时序相比单纯采用机械开关要复杂，工程应用上并联复合开关往往会遇到机械开关打开，转入晶闸管投入运行时，晶闸管承受的dt di/过大，造成损坏的技术难题。复合开关主要应用在380V电网小容量的装置中，制作厂家过多，价格过于低廉，事故频繁发生。 2.4晶闸管投切电容器（ TSC ） TSC电路可以在20ms内准确、快速投入电容器，且没有电流冲击，不存在机械触点的弹跳、重燃的问题。但是，中压 TSC 电路需要多个晶闸管串联，晶闸管导通存在 2V 左右的管压降，一套中压TSC 电路导通时晶闸管消耗几个 KW 的热量。这么大的热量需要由风冷、水冷、热管等设备来散热。由于TSC技术难度大，能耗大、造价高，故只应用在低压领域，中压领域应用的不多。 3.投切电容器的理论基础和预充电开关 3.1 理论基础 新型产品的产生要有理论依据。我们看到理想投切电容器组的理论依据由美国T.J.E米勒在1982年出版的“电力系统无功功率控制”[1]中提出过。根据作者的理论，没有过渡过程的投切电容器组必须满足两个条件： （1）电容器必须预充电到电网电压的峰值； （2）开关在正弦波电源电压的正或负峰值点闭合。 带有二极管的晶闸管投切电容器装置就满足上述理论，预充电开关应用理想投切电容器理论，将动态晶闸管投切电容器（TSC）的技术应用到了同步开关上，使得电容器组预充电到电网电压的峰值，开关主触点在电网电压的峰点时，开关上的电压和电压变化率等于零投切。机械预充电同步开关装置（PSC）也是同步开关，它是一种特殊型的同步开关，不改变开关的结构，在开关主触点的旁边增加电气元件，达到比常规同步开关更好的投切效果。 3.2预充电开关投切电容器有如下优势: 单台单独投入和多台背靠背投入均没有显著的冲击电流，因为对于电容器负载，电压的峰点既是电流的零点，电流为零就没有电流向将要投入的电容器组灌输； 打开没有重燃，符合国标规定； 在开关电压和电压变化率等于零时闭合，电压变化率为零的附近开关触点电压变化极少且在很低的电压下，开关弹跳的影响很小； 开关投切没有能耗，电容器组不加放电线圈，电源送电，电容器通过预充电电路充电到峰值，电容器打开，电流等于零时，电容器上自然存在电网电压的峰值直流电压，该电压通过预充电电路保持住，没有将电容器上的电压放掉，预充电开关节能环保； 电容器打开后，正是电容器投入的理想状态，开关随时可以闭合运行，预充电开关从打开到再次闭合的时间为秒级，常规开关则要10分钟，预充电开关动作快； 预充电开关在开关电压和电压变化率等于零时闭合，由于电压变化率等于零，在很宽的一段时间里电压基本没有变化，很容易满足投切要求，在理想投切点的±2.17ms的投切效果相当于常规同步开关±1ms的投切效果，投切精度要求不高，便于应用，好比上马，常规同步开关如同上一匹高速奔驰的骏马，要求骑手的技艺高超。预充电开关好比马停下来，轻松上马； 预充电开关电路形式简单，只在开关触点的两端并联二极管加电阻的预充电电路，即可完成高精度的类似晶闸管投切电容器组（TSC）动作效果，； 预充电开关投切电容器没有冲击电流，提高了开关的电气寿命，使得开关的电气寿命靠近开关的机械寿命，一般开关的机械寿命是电气寿命的10倍以上，也就是预充电开关经久耐用，一个预充电开关相当于4、5个常规开关的使用，减少了维护更换费和时间。 预充电技术可以实现单台3极开关准理想状态投切电容器，虽然单台3极开关具有常规同步开关的特性，但是比3台单极同步开关的触发驱动、同步反馈简单多了，成本低，常规同步开关是不能实现单台3极开关无冲击电流投切的。 机械预充电同步开关装置PSC经过一代一代的改进和提升，目前围绕该核心技术形成了6个专利的专利技术群，已经获得了三项发明专利、三项实用新型专利。发展了五代产品。 2012,04，05 2012,11,20 3.4 第一代产品：一种投切电容器组的串联型复合开关电路 2006年4月首次提出预充电开关电路的概念。串联型复合开关，采用一个高压硅堆二极管与一个高压限流电阻串联后，并联一个机械开关，作为慢速低精度高耐压开关，一只晶闸管、一只二极管和一只机械开关并联作为快速高精度低耐压开关。 3.5第二代产品：一种投切电容器组的2控3预充电相控开关电路 2控3专利技术是将两套预充电开关安装在两相开关的触点两端，第三相直通或者安装另一只开关触点，为了消除弹跳的影响，还增加了RC吸收电路。第二代产品通过了国家认证试验（10KV 电压等级，使用永磁接触器），并且在同步开关专业会议上得到了业内人士的高度认可。参加同步开关专业会议宣讲论文获奖证 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 。 通过国家认证试验，认证试验检测波形如下：1-3 波形通道为A、B、C相开关两端断口电压。在电流切断时，三个开关的断口产生电压，切断了三相电流。开关两端断口电压波形可以清楚观察到开关是否发生单相、两相和三相重燃情况，从70次的投切波形观察，没有发生一次单相、两相和三相重燃现象。 4、6、8波形通道为A、B、C相电流波形。该图为一次投切波形，背靠背投入，电流投入时刻没有显示明显的涌流。电流切除时在电流过零点。 5、7、9波形通道为A、B、C相电压波形。试验电网很软，短路电流13kA，在C相27.73A 补偿电流下，C相电压由6kV 上升到7.69kV。在如此软的电网下，投切的电流没有引起电网电压的畸变，说明投切效果好。 10波形通道为从PLC给出的投切命令。经测量投入时间为48.5、40.2、53.5ms，切除时间为56.1、52.7、51.1ms，统计投入时间：42-60ms，切除时间：40-60ms。 温馨推荐 您可前往百度文库小程序 享受更优阅读体验 不去了 立即体验 3.6第三代产品：用于普通电磁接触器的同步开关控制电路 一般，同步开关采用永磁开关，但是，工程上大量使用的是电磁开关，第三代的预充电同步开关采用普通电磁接触器，在不改变普通接触器的结构的前提下，适当设计了接触器开关的控制电路，将交流接触器的交流220V线圈供电改变为直流220V稳压电源供电，开关闭合设计为线圈全压吸合，低压节电保持吸合，开关打开设计为线圈电感L电容器C电阻器R的振荡放电，快速吸收线圈的电感能量，完成了接触器快速打开的功能，普通电磁接触器完成了同步开关的要求和效果，应用普通电磁接触器，准确无冲击电流投切电容器组和电抗器。 3.7第四代产品：基于单台三极同步开关的智能型无功补偿装置 三相电源的电压相互差120°，需要在三相电的零点投切，同步开关要由三台单极开关组成，只能用多台单极开关实现。工程中的开关一般是由三相开关组成的，单极开关很少。电能质量治理的国际著名公司包括ABB、西门子、GE、美国伊顿、库柏、施耐德、阿尔斯通和国内各个公司在工程中应用的同步开关大多是由三台单极同步开关构成的。三台单极同步开关比单台三极同步开关结构复杂，驱动电路多，而且每台单极开关都需要独立的开关线圈和驱动电路，驱动时序复杂。 第四代产品在分析了投切电容器的各个技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的基础上，综合吸收其中的优势，克服其中的劣势，提出了一种准理想状态投切开关--基于单台3极开关投切电容器，相比现有技术中使用多台单极同步开关来分别投切电容器组的技术方案，仅采用一台三极同时闭合、同时打开的同步开关，通过应用预充电技术和同步技术，在预定的电网电压的相位角投切该三极同步开关来实现无功补偿。所采用的三极同步开关为工程上大量使用的三极同时闭合、同时打开的机械开关。预充电开关 不仅可以应用于星形电路中，也可以应用在三角形电路的角内。投切无涌流、极少或者没有重燃现 象，绿色节能的智能型无功补偿装置，能适用于低压、中压、高压的各个电流等级，且结构简单、经济适用、便于工程大量应用，工程实践也证明了结构越简单越安全可靠，故障率越少。 第四代有10kV、1kV、400V不同电压等级的产品，有永磁和电磁的产品。 下面为三极同步开关应用于星形电路中和三角形电路的角内的单线图和投切开关上的电流波形和电容器电压波形。 图应用于三角形电路和星形电路的三极开关的单线图 图A相电容器的电压电流波形 图B相电容器的电压电流波形 图C相电容器的电压电流波形 我们试验过安装在角内的普通单台3极电磁式接触器开关，带有不平衡保护功能，在380V电网运行，投切了80万次，没有显著的电流冲击，在用户的公司中运行，无冲击运行效果（见下图） 用户感到吃惊。下面是用户现场测试波形，几乎看不到冲击。 产品图如下 该产品过于分立，有待于集成，将直流电源、同步电源、预充电电路、开关反馈、控制保护电路合成为一体就好了。 第四代的两项实用新型证书，一项应用于星形电路，一项应用与三角形电路 3.8第五代产品：基于同步预充电开关投切电容器组的装置 第五代产品提出了一种在理想状态下的同步预充电开关投切电容器组装置，与常规的同步开关有所不同，常规的同步开关采用3个独立的单极同步开关，第五代产品采用了一台单极同步开关和一台两极同步开关，常规的同步开关的主触点没有附加任何元件，第五代产品的同步预充电开关的每个主触点两端均并联连接着预充电电路，由于是在理想状态下工作，第五代产品的同步预充电开关投切电容器组装置具有动作快速、包括背靠背在内的投切电容器组无涌流、极少或者没有重燃现象，绿色节能的优点，应用普通精度接触器完成高精度的同步开关的动作，能够适用于低压、中压、高压的各个电流等级，便于工程大量应用，。 第五代产品为同步预充电开关投切电容器组装置，对于三相电路中投切电容器组的开关，采用一台单极同步开关和一台两极同步开关，相比常规同步开关采用3台独立的单极同步开关，开关线圈的触发电路由3个减少到两个，同时开关的位置反馈也由3个减少到2个，结构简单了，控制逻辑也简单了。 研发了替代400V电网电压下“智能电容器”的第五代预充电开关，为3个单极开关加3个预充电电路，将电源、同步、开关反馈、开关、触发、控制集成为一体，同一台预充电开关可以安装在三角形外也可以在三角形内，可以共补也可以分补，电容器组可以是Y型也可以是三角形， 可以无功补偿也可以谐波滤波。该产品动作快速、无电流冲击、价格低廉，虽然他的使用寿命比“智 能电容器”长，但是所用永磁继电器的电气寿命、机械寿命不长，没法和比普通单台三极接触器的寿命相比，使用时间不长。 替代400V电网电压下“智能电容器”的预充电开关照片，这是初期产品照片，现在有所改进。 4. 应用的场合 机械开关有动作次数的限制，经查厂家给出的机械寿命、电气寿命如下： 机械寿命：10kV的断路器几万次，10kV的接触器100万次，380V的单台三极接触器800万次，380V的替代“智能电容器”的开关用永磁继电器10万次。机械寿命是电气寿命的10多倍, 400V 电网的接触器是永磁继电器的80倍。 在要求20ms动作的场合，不适合机械开关，只能用晶闸管开关。 理论上讲机械开关可以达到的电网电压等级和电流等级，预充电开关就可以应用。或者讲预充电同步开关可以在现有的投切电容器开关的各个电压等级和电流等级运行。 预充电开关可以作为单独开关销售；也可以安装在开关柜中，按照智能开关柜销售；用预充电开关柜组成的补偿系统，按照系统销售。单独10kV的单台三极预充电开关大约1.5-2万元，10kV 的单台三极预充电开关柜8-10万元，10kV的3个单极开关10-15万元，10kV的预充电开关安装在容量10mvar的补偿系统80-120万元。400V电网替代“智能电容器”的开关价格在600-750元，单台三极开关（带不平衡保护）价格2000-2400元。 10kV的已有补偿系统改造：打开已经有的电容器组的星点连线，传入预充电开关，达到快速无冲击电流的投切。 新安装10kV断路器投切装置：断路器附上预充电装置，用隔离开关断开线路，达到智能投切电容器装置。 10kV的柱上开关：预充电投切电容器开关，投切无冲击，提高开关和电容器的寿命。 1kV的预充电真空开关：应用在煤矿和冶金中频炉负载 380V的预充电开关有两种：单台3极开关和3台单极开关，应用在配电站和厂矿用户负载的补偿 35kV的预充电开关：变电站和中频炉、精炼炉负载。达到没有冲击和重燃现象。 5.推广应用的难度 预充电开关投切电容器组的理念超前了，市场上现有的开关可以满足要求的不多，这样，大量的应用难度很大。不能满足预充电投切电容器的开关的主要技术指标是： 10kV接触器有的投切时间快满足要求，但是弹跳过于大，一般在4-5ms，为了吸收弹跳大不好影响，采用了RC电路，RC电路的成本大约等于接触器，造成了装置成本增加。 10kV接触器有的弹跳和回弹指标很好，但是速度太慢，要引起预击穿和重燃。开关在闭合的前10ms，打开的后10ms，开关触点的距离过近，容易引起预击穿和重燃现象。 开关的打开回弹率过大，容易引起重燃现象。 检查开关质量要安装位移传感器，用示波器测出位移时间曲线。多数开关厂没有位移传感器和示波器。 虽然预充电开关可以延长开关的电气寿命，但是开关出厂的机械、电气寿命太短，不能满足投切频率高的场合，在很短的时间就达到了使用次数，还需要换新的开关。 市场上两极开关过少。 除了开关本体跟不上新型的预充电投切电容器组开关的应用。在行业上的应用，存在预充电开关没有在实际场合运行，不敢在现场应用，没有在现场应用经历，就不敢运行的矛盾。 预充电开关为一个创新的新的理念，要有有研发能力的开关行业的配合，生产出满足要求的价格合理的电气寿命长的开关产品，一步一步组成预充电开关到开关柜再到补偿系统，在小的范围内尝试运行，取得成功经验，更多的开关厂和补偿装置厂采用预充电开关，设计院设计采用的开关类型为预充电开关，在更大的范围取得成功应用的 案例 全员育人导师制案例信息技术应用案例心得信息技术教学案例综合实践活动案例我余额宝案例 ，行业认可预充电开关的理念，预充电开关形成了上亿元的高效节能产业。有可能首先在某一个电压等级实现产业化。目前看，预充电开关要做的工作还很多，还很难。 6. 各种投切开关方式的比较 预充电开关比较 其他类开关 7.总结 中国的西电东送的远距离大规模送电和用户的感性负载，投切电容器组补偿就是不可缺少的。现有的投切电容器组的技术手段很多，可以在技术和经济性、可靠性上都满足要求的不多。 预充电同步开关投切电容器的专利技术群，投切电容器类似晶闸管的效果，打开了一个创新的技术思路和手段，投切电气性能良好，节能环保，投切精度范围宽，延长了开关的电气寿命，便于推广应用。 预充电同步开关投切电容器的专利技术群的创新理念，达到更多的开关厂、补偿装置厂和用户的认可应用，小范围的应用到逐渐推广大范围的应用，形成上亿元的成熟产业，路程还很长，任重而道远，眼前的任务尽快实现工程应用和产业化。 发明人：杨建宁介绍， 关注产业化的电网治理研发人员，发明TSC的“2＋1”、“2＋2”电路, TSC的2控3过零触发时序控制电路，类似晶闸管的预充电同步开关投切电容器组电路专利群, TSC和TCR的矢量不平衡保护方法,TSC的矢量不平衡保护获得中国电工技术学会优秀论文奖。 在职期间主持的ＴＳＣ装置通过河南科委鉴定，鉴定认为达到冶金行业同类产品国际先进水平，年节电300万元。获得河南省科学技术成果鉴定、河南省2002年冶金建材科学技术一等奖、2002年中国钢铁协会和金属学会冶金科技三等奖，、2004年北京市科技进步三等奖。 退休后，获得第十三届北京技术市场金桥奖个人一等奖第九名和获得“第五届中国技术市场协会金桥奖”先进个人的第31名 手机：133********，邮箱：yjning@126.com 博客中有专业论文@126/，欢迎指导