三种晶闸管投切电容器(TSC)主回路的分析

・２０・２以万年电力电容器无功补偿技术论文集三种晶闸管投切电容器（ＴＳＣ）主回路的分析杨建宁，　　　　　　王俭，年明〔北京金自天正智能控制股份公司．北京１仪幻７０摘要：介绍了应用晶闸管投切电容器（书ｃ）电路的实用技术。讲迷了．玲Ｃ电路有三种主回路形式，由于晶闸管、二极管的不周组合，主回路沈可产生多种电路形式。不同形式的主回路有什么特点，投切中瞬态和稳态晶闸管的电压电流为多少，所选晶问管二极管参数知何确定，电路的性价比如何，用一个晶闸管控制多个滤波比电路时，选择那种主回路电路形式，每种主回路形式适应什么场合等等。关键词：书Ｃ（晶闸管投切电容器组）：电容器；分析１前言　　　　在低压动态无功补偿中，大量应用晶闸管投切电容器（书Ｃ）电路；在中压系统书Ｃ电路没有孔Ｒ电路使用的普遍。书Ｃ电路有三种主回路形式，每种主回路的晶闸管、二极管的不同组合又可刀．盯声Ｉｎ（．１＋口）产生多种电路。不同形式的主回路有什么特点，投切中瞬态和稳态晶闸管的电压电流为多少，所图１晶闸管投切电容器组的原理图选晶闸管二极管参数如何确定，电路的性价比如何，用一个晶闸管控制多个滤波比电路时哪种电路形式好，每种主回路形式适应什么场合，清楚ｘＬ与一一一币万—矛ｘ几ｘ。　　　　　　１。（。），ｓｉｎ（。，ｔ｝Ｊ拭戈了这些飞Ｃ应用中的实际问题，对于安全稳定运一认伙ｃｓｏ（。）ｘｃｓｏ（山产）（２）行花Ｃ装置有益。２侣Ｃ电路工作原理式中叭’万云’”义肠ｌ　　　　　　　　　　　　晶闸管投切电容器组的关键技术是投切电容　　　　器时，主回路无电流冲击。晶闸管投切电容器组一擂　　的原理如图１所示。其拉氏变换的数学模型为　　　　‘，二ｘｃ．Ｕ　　　　　　ｘ（矛一１ｘ。，）〔Ｌ《”‘六，・‘【。＋心　　　　由式（）２可知，电流１（习由三项组成，第一项ｌｖ　　　　习，－５（１）为稳态电流，认超前电源电压卯。，和第三项代表设电源为：Ｕ二几ｘ血（。０，＋ａ）预期的电流振荡分最。第二项给出当几偏离最佳解得：预充电值时振荡电流的幅值；第三项给出当触发角１（：）二１一ｘｃｓｏ（物‘＋ａ）一。偏离最佳点时的振荡电流的幅值；为使书Ｃ投切电容器组电流无冲击，必须满足以下两个条件：．收稿日期：２以拓卜１８①　　　　式（）２的第三项，（‘）二０，即晶闸管在正弦波电源电压的正或负峰值点触发；三种晶闸管投切电容器（ＩＳＣ）主回路的分析一２１・②式（２）中的第二项为零．即儿二矛ｘＵ．ｘ，ｉｎ（ａ）一矿一１．电容器必须预充电到ｎ，ｘＵ－矛一１’若。为２、３时，该项值很大。结论：　　　　若使电容器电流凡二ｃｘｄ‘山二０，则ｄ盯山二０，即晶闸管必须在电源电压的正或负峰值触发导通投切电容器组，不同电路形式其电容器预充电值不同。该电路在投人、切断时无电流、电压冲击，使系统得以可靠安全运行。３三种主电路的形式根据对巧Ｃ电路工作原理的分析，　　　　可以产生出三种主回路电路形式，下面我们将对三种主回路电路形式逐一进行分析、比较。３１星点开关电路星点电路结构是电容器组接成星形电路，星　　　　点处用整流元件组成三角形连接的电子开关电路。星点电路如图２有三个变形电路，电子开关电路由三只晶闸管组成如图２（ａ）．由两只晶闸管和一只二极管组成称为“２＋１“电路如图２（ｂ），由一只晶闸管和两只二极管组成称为“１＋２”电路如图２（ｃ）。＾如ｎＣ人Ｅ刹隔ａ（）兰只晶闸管电路计体（）ｂ两只晶闸管和一只二极管电路ｃ（　　　　　　　　　　卜只晶闸管和两只二极管电路田２星形开关电路图　　　　　　　　　　３．２二控三电路二控三电路如图３是在三相电源的两相上分　　　　别用两组开关控制三相的开关电路。电容器组接成星形也可以接成三角形。开关电路由一只晶闸管和一只二极管反并联连接称为气＋２．电路如图３（ａ），由两只晶闸管反并联连接如图３（ｂ）。艺仆》　　晶闸管反并联电路图３二控三电路田３．３三角形电路电容器组接成三角形如图４，电子开关接在　　　　三角形内，与电容器串联，电子开关由一只晶闸管和一只二极管反并联连接称为“３＋３”电路如图４（ａ），由两只晶闸管反并联连接如图４（ｂ）。Ａ　　　　　　皿Ｃ丹．ＣｙＴＩ；卜Ｔ１２卜ｎｌ即Ｔ：ＺＩＶＴ３ｌｌＶＴ】２骂翼（ａ）“３＋３，电路伪）晶闸管反并联电路图４三角形电路图４三种主电路的特点从花Ｃ投切机理角度看：无冲击投人，电容　　　　器需要预充电，二极管可以对电容器充电，带有二极管的开关要好于全部均是晶闸管的电路。带有二极管的侣Ｃ装置，电源开关合闸时，有一次冲击电流，电容器充满电荷后，充电电流停止，二极管开关元件承受瞬时冲击的能力很强，我们做过多项带有二极管开关的．ＩＳＣ电路工程，从没有发现二极管击穿的情况。下面将叙述以带有二极管的１习Ｃ电路为主。・２２・２侧拓年电力电容器无功补偿技术论文集ＴＩ和ＤＩ上的电压与“２＋１”电路相同，仍然是“２＋　　　　ｌ”电路和“２＋２”电路是一对对偶电路，Ｖ性＋１”电路的电容器接在星形处，开关接成三角为２．４倍线电压峰值，Ｖ１２和ｍ上的电压为２．１形一＋２吟相反，开关接在星形处，电容器接成三角形。在三相开关电路中，“２＋ｌ”和“２＋２”电路所用的元件少，电路机理是三相电路，分析其机理非常复杂。勺＋３’电路接成三角形，每个开关接在线电压上，电路机理是简单的单相电路。从电路关断状态来看晶闸管承受的电压。电　　　　路关断有稳态关断状态和瞬时关断状态。电路关断时，开关元件电流过零点，电路截止电容器电压为截止时的电网电压，由于截止的时刻不同，每只电容器的直流电压也不同，两只晶闸管在截止时要承受交变的交流电网电压和电容器直流电压。稳态状态是截止后电容器的并联电阻放电，电容器电压降低，降到二极管充电充到电网峰值电压为止。瞬时关断状态是在停止的最初时刻，开关管承受的电压的状态。“２＋犷电路停止过程中电容器电压是这样　　　　的。当丫几停止时，代２上电压在仇的正峰值，且保持此值。Ｖｃｌ洲口为负的相电压峰值的１／２，在几电压下，经过二极管Ｄｌ，代１沙宝习以统一速率充电沙艺３向正向充电，Ｖｃｌ向负向充电，经过１Ｄ２。，二极管ＤＩ停止在人的正峰值，Ｖｃｌ、下优习的电压和为Ｕ－的正峰值。ＶＣＩ的电压为＋。．８７８吸的正峰值ｊ义习的电压为＋。．２１１人的正峰值，且保持此值。ＶＴＩ管上承受的电压为Ｖｃｌ＋Ｆ．＋儿，ｙｃｌＪ尹砚为直流量，’Ｕ为交流量，数值均大于零，其最大值是选择管子耐压的依据，最大值二Ｆ口＋百艺２＋儿二０．７８８Ｕ－的正峰值＋火的正峰值八．３７２＋几的正峰值二２．３５６几的正峰值。三支管子承受电压有所不同。考虑到电抗器Ｌ的影响，管子承受的电压还要高些，粗计管子承受的最高电压：ＶＴＩ上的电压为２．４倍线电压峰值，ｖｎ上的电压为１．４倍的线电压峰值，ＤＩ上的电压为２倍的线电压峰值。ＶＴＩ承受的２．４倍的线电压峰值，意味着ＶＴＩ上没有过零压，有高出约０．４倍线电压峰值的直流电压值。“２＋ｒ电路截止时仿真波形见图，。随着时间流逝，电容器电压被电阻放电，电压降低，达到稳态电压为电容器电压也是电网峰值电压。．２＋２”电路截止时开关元件承受的电压：　　　　倍的线电压峰值。门｝／飞人ｌ｝国／，卜，Ｉ一次、｝、丫城ｌｌ｛口｝跳Ｊ一／１少ｌｌ「７州｛尸￣、尸、月丈一准Ｌ习阵一，，．￣，，ｋＪ口之翻日一赞二二二当，－１洲巴竺，，￣ｒ，甲二二，，一‘－ｒ￣￣一－竺厂下，－下门ｒ．之二，．￣ｅ州人六」７一ｓｌ冲响．吧二二当０２１０２１５０双０＿２２５０２３０忍３，性＋１”电路截止时波形　　　　“３十３“电路截止时开关承受交流分量为一倍的交流电压峰值，直流分量为充电的交流电压峰值，即两倍的交流电压峰值，与“２＋１”电路二极管承受的截止电压相同。．３十３”电路的瞬态和稳态电容器电压不变，开关管的承受电压也不变。器＿，＿＿，，＿＿１叹ｐ吧．点，＿．＿，＿则一，，１０４６Ｖ了－２，．６于一９６：户石，．一９５益；６１丽一“－卜．乙＿．＿认Ｓｍ弓ＩＯｉｖ（，）往态时的导通波形鲜料呼哗弃二：；一：：洲二，’５二志诵９‘乡一；一二一，沁二，，上‘‘茸一８，．６、‘一‘一矛・“漏衬‘一Ｌ‘．由一二‘‘‘公１７３５一　　ｏｍｓ，孟拓１奋（‘）再次导通记录电优波形　　　　　　田６２＋１电路导通状态电流波形三种晶闸管投切电容器（ＩＳＣ）主回路的分析　　　　．２＋１”电路导通状态看电流波形，稳态时的导通波形如图６（。）。从示波器拍下的波形看，电流没有什么冲击．停止后，再次导通记录电流波形，如图６（助所示。从波形图看．电流并不理想．有一点冲击，为什磨呢，电容器充电电压比理想值高，还有铁芯电抗器的非线性．铁芯电抗器在得电的瞬间，自身产生非线性谐波。　　　　六只晶闸管组成的三角形电路，可以用这种电路运行成‘，＋３．电路状态。即在反并联的晶闸管中有一只当二极管使用，起到预充电的作用。电路全部由晶闸管组成，合闸时没有冲击。中压补偿系统中，　　　　电容器组规定只能接成星形，ＩＳＣ电路可以用“２＋１”电路，也可以用“２＋＂电路。中压的晶闸管组成串，阀串有动静态均２“　　　　３＋３’电路，在任何时间均没有冲击电流。原压和触发一致性及其中压绝缘问题。书Ｃ电路的因是：它是单相电路运行状态，是１义理想工作状态。星点开关所用元件太少．　　　　每个开关元件导通。二控三电路和三角形电路每个开关元件导通。三种电路的其他形式电路：　　　　星点开关全部由晶闸管组成．由于没有预充　　　　电ｒ效果不如“２＋ｌ“电路。星点开关由两只二极管和￣只晶闸管组成“１＋２“电路，如图６结构简单，可以起到开关作用，缺点开关合闸瞬间，电流有冲击，如图７（）ａ。停止要两个周波才能停下来。如图７（ｂ）。《ａ）一＋２’电璐合闸瞬间电流有冲击卜‘七一一一．铭藉曰么屏粼场如．藻蔺育￣１羔｛图７（幼停止要两个周波才能停下来　　　　图７１＋２电路开关合闸瞬间电流波形　　　　二控三电路和三角形电路中全部都用晶闸管，效果不如带有二极管的电路．不平衡保护不能用开口三角形保护。５三种主电路应用中注意事项５．１开关管元件参数的选择星点电路：　　　　开关管耐压：６倍的线电压，电流：１．日倍的滤波支路电容器额定电流．二控三电路：　　　　开关管耐压：‘倍的线电压，电流：１．５倍的滤波支路电容器额定线电流．三角形电路：　　　　开关管耐压：，倍的线电压．电流：１．５倍的三角形内滤波支路电容器额定电旅。５．２三种电路应用场合低压１５Ｃ电路中使用的电容器有两种：　　　　低压自愈式电容器和全膜滤波电容器。自愈式电容器容量为１５、１０、ｓｋｖｘａ不等，电压４５０ｙ、Ｓ５２Ｖ等。普通自愈式电容器１８元沪ｋｒａｖ，速波式的自愈电容器２５元产ｋ，左右。全膜滤波电容器容量ｌｏｋ二，０５ｋｒａｖ，电压吕的ｖ以上。在４加Ｖ电网补偿，　　　　一般用三角形电路，“３＋３“、“２＋２’电路均可，电容器用自愈式电容器。３６０ｙ以一小容量用星形电路．“２＋１”、．２＋２”电路。大容量用三角形电路，“３＋３．广２＋２＂电路均可，电容器用全膜滤波式电容器。５．３一组电子开关控制多组滤波回路的时候一组电子开关控制５、　　　　７次回路或者５、７、１１次回路，在停止时，各个滤波回路还有振荡放电，如果用带有二极管的开关，二极管要对放电失去电荷的电容器充电．主回路有轻徽的充电电流。二控三电路．电容器接成三角形，开关在相　　　　上，多个优三角形电路并联，每个三角形内和三角形之间发生振荡，情况很复杂。“３＋３”电路的实质是单相电路，多个珑并联相互振荡．情况比二控三好得多。当．４几种电路的性价比比较电容器组成三角形电路，　　　　（下朴第加页）箱式高压并联电容器电压差动继电保护的探讨，２９．要求。敏系数或可靠系数，并重视在现场投运时的复核８结语工作。　　　　（１）箱式高压并联电容器内部电气结构有其　　　　（５）从计算实例来看，在一串内元件击穿数：特殊性，在计算、设置和校核电压差动继电保护时二２￣３时设置继电保护动作电压是适宜的。应向制造方了解清楚。（２）３　　　　５ｋＶ级箱式电容器内部元件串联数较参考文献：多，宜采用电压差动继电保护，其二次差动电压输【门杨昌兴，王敏．电容器装置不平衡保护灵敏出的计算公式为：度系数的取值．２加２年《电力电容器学术论文集》△口止二一改刀．〔２〕盛国钊，倪学锋．高压并联电容器组不平衡保７［６（１一ｋ）（ＩＮＭ一Ｊ＋，）一公］护计算中遇到的新间题．（无功补偿装置）２的３年（３）当元件在同一段同一申中击穿时，　　　　完好第２期元件的最大过电压出现在发生故障的串联支路中〔３〕梁琼．并联电容器组不平衡保护初始值的的剩余元件上。过电压倍数的计算式为：估算【Ｊ］．电力电容器，２加２，６（３）６刃ＩＭ下［６（１一ｋ）（凡Ｍ一Ｊ＋：｝一２５［４］ｎｌ洲产ｒ５４８一１９５９（３一ｌｌｏｋｖ电网继电保护装置运行整定规程》（　　　　４）为了减少初始不平衡输出的影响，提高【５１日新电机（无锡）有限公司．（箱式高压并联电保护的可靠性，电容器两差压段的较大电容与较容装置使用说明书》小电容的比值。应不大于１．０１，放电线圈准确度以０．５级为好，其误差特性应尽量选配一致。作者简介：在设置继电保护值时，　　　　应考虑影响初始不平杨一民（１４９８一），男，无锡人，教授级高级工程师，主要从衡电压的因素，参照文献【１１、【４〕选取适当的灵事高压绝缘和电力电容器技术研究和开发工作。（上接第２３页）．２＋１”和“２＋２’电路均可，在一个开关控制多个用“２＋２．或者“３＋３”电路，“２＋２”电路用４只开滤波回路用性＋１，电路比“２＋２”电路好。关元件，“３＋３”电路用６只开关元件，粗看起来“２＋２”电路用元件少于“３＋３”电路，同样功能性参考文献：＋２’电路应该价格低，细分析弋＋２”电路的晶闸【１」Ｔ．Ｊ．Ｅ．米勒主编．电力系统无功功率控制管电压取６倍电网电压，“３十３”电路取５倍电网〔Ｍ〕．胡国根译．水利电力出版社，９１０９电压；“２＋２”电路的电流是三角形外的电流，“３【２〕冶金自动化研究院．自控电网功率因数补偿＋３’电路的电流是三角形内的电流，勺＋３．电路装置【Ｐ〕．中国实用新型专利．专利号：的电流比“２＋２”少１．７３２倍。总体算起来“３＋ＺＵ尧狡１６４５６．９，１望珍刀／１３．电路的性价比高于“２十２’电路。【３」北京金自天正公司．自控电网功率因数补偿电容器组成星形电路，　　　　用“２＋２”或者“２＋１”装置〔Ｐ〕．中国实用新型专利．专利号：电路，两种电路的晶闸管电压取值相同，电流也相２１１刃２四８８，．７，么Ｘ幻／４左６同，只是“２＋１”电路开关元件导通２４００，“２＋２”【４］杨建宁等．两种新型晶闸管投切电容器组补电路开关元件导通１８０。。“２＋１，的价格比“２＋偿装置的主电路及触发方式【Ｊｌ．电力电容器，２．电路稍微便宜一些。２加５，（１）．‘结论　　　　综上所述，在三角形电路中应首先考虑使用作者简介：杨建宁。蝴一》，男，权族，贵州习水人，高级工程师，从怕＋３”电路。在星形电路中，单一滤波电路应用事电网无功补偿和谐波治理装置的开发研制工作。