电力开关控制装置及其闭合控制方法 |
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| 申请号 | CN201180062734.7 | 申请日 | 2011-01-12 | 公开(公告)号 | CN103282990B | 公开(公告)日 | 2015-08-26 |
| 申请人 | 三菱电机株式会社; | 发明人 | 森智仁; 松元大悟; 茑田广幸; | ||||
| 摘要 | 本 发明 得到一种电 力 开关 控制装置及其闭合控制方法，能够抑制 电流 分断后可能由负载侧 电压 发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。该电力开关控制装置基于当前时刻以后的电源侧电压推定值及负载侧电压推定值来计算当前时刻以后的 断路器 极间电压推定值，并基于该断路器极间电压推定值来计算目标闭合时刻区域，该目标闭合时刻区域是能够在断路器极间电压推定值的绝对值处于预先设定的容许范围内的时刻接通断路器的、从闭合可控时刻到闭合控制极限时刻为止的区域，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，使闭合可控时刻延迟预先设定的延迟时间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电力开关控制装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 电力开关控制装置及其闭合控制方法技术领域[0001] 本发明涉及一种电力开关控制装置及其闭合控制方法。 背景技术[0003] 在现有的电力开关控制装置中，公开有如下技术：预先将断路器的预电弧特性、机械动作偏差特性以及负载侧电压的振幅变动考虑在内，来生成目标闭合相位映射，并根据断路器的电源侧电压及负载侧电压各自的频率及相位来参照目标闭合相位映射，从而计算出目标闭合时刻序列，在输入有闭合指令的情况下，通过基于预测闭合时间及目标闭合时刻序列来控制闭合控制信号的输出时刻，从而抑制断路器接通时过渡电压、电流的产生（例如，专利文献1）。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本专利特开2008-277129号公报 发明内容[0007] 发明所要解决的技术问题 [0008] 在上述现有技术中，有一前提是电流分断后的负载侧电压的情况不发生变化。然而，例如在将断路器的各相接通时，第2、第3接通相的负载侧电压有时会因为受到先行接通相被接通的影响而产生电压发生变动的情况。在这样负载侧电压发生变动的情况下，电流分断后马上推定到的断路器极间电压推定值与先前接通后的第2、第3接通相实际的断路器极间电压可能不一致。因此，在上述现有技术中，具有如下问题：即使基于电流分断后马上推定到的断路器极间电压推定值来计算出目标闭合时刻，并进行控制以使得在该目标闭合时刻闭合，也可能无法在预先假设的断路器极间电压范围内接通，并无法充分地抑制断路器接通时过渡电压、电流的产生。 [0009] 本发明是鉴于上述情况而得以完成的，其目的在于，提供一种电力开关控制装置及其闭合控制方法，能够抑制电流分断后可能由负载侧电压发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。 [0010] 解决技术问题所采用的技术方案 [0011] 为了解决上述问题，并达到目的，本发明所涉及的电力开关控制装置的特征在于，包括：电压测量部，该电压测量部测量断路器的电源侧电压及负载侧电压；电压推定部，该电压推定部基于过去一定时间内的上述电源侧电压来推定当前时刻以后的电源侧电压推定值，并基于过去一定时间内的上述负载侧电压来推定当前时刻以后的负载侧电压推定值；目标闭合时刻计算部，该目标闭合时刻计算部基于上述电源侧电压推定值及上述负载侧电压推定值来计算当前时刻以后的断路器极间电压推定值，并决定接通顺序，并且，该目标闭合时刻计算部基于上述断路器极间电压推定值及接通顺序来计算目标闭合时刻区域，该目标闭合时刻区域是能够在上述断路器极间电压推定值的绝对值处于预先设定的容许范围内的时刻接通上述断路器的、从闭合可控时刻到闭合控制极限时刻为止的区域；以及闭合控制部，该闭合控制部进行控制以使得上述断路器在上述目标闭合时刻区域内闭合，在上述目标闭合时刻计算部计算上述目标闭合时刻区域时，上述接通顺序为第2接通相以后的后续接通相的情况下，估计因先行接通相的接通而导致断路器极间电压产生的变动，并使上述闭合可控时刻延迟预先设定的规定的延迟时间。 [0012] 发明效果 [0014] 图1是表示实施方式1所涉及的电力开关控制装置的一个结构例的图。 [0015] 图2是对目标闭合时刻区域的设定例进行说明的图。 [0016] 图3是对断路器极间电压不同时的闭合可控时刻的变化例进行说明的图。 [0017] 图4是表示电流分断后各单元的电压波形的一个示例的图。 [0018] 图5是表示电流分断前后各相的各单元的电压波形的一个示例的图。 具体实施方式[0019] 下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的电力开关控制装置及其闭合控制方法进行说明。此外，本发明并不局限于以下示出的实施方式。 [0020] 实施方式1 [0021] 图1是表示实施方式1所涉及的电力开关控制装置的一个结构例的图。在图1中，作为电力开关装置的断路器2连接在该图左侧的电源1与该图右侧的供电线3之间。在图1所示的示例中，供电线3例如是并联电抗器带补偿的供电线，或者是并联电抗器无补偿的供电线，在供电线3是并联电抗器带补偿的供电线的情况下，在断路器2的负载一侧由于断路器2的负载侧电抗器及供电线3的电容而产生一定频率的交流电压，而在供电线3是并联电抗器无补偿供电线的情况下，在断路器2的负载一侧产生与分断时的电源侧电压相对应的直流电压。此外，在图1所示的示例中，为了简化以下说明，而仅示出由A相、B相、C相组成的三相中的一相。 [0022] 实施方式1所涉及的电力开关控制装置包括：电压测量部4、电压推定部7、目标闭合时刻计算部14、以及闭合控制部18。 [0023] 电压测量部4测量断路器2的电源侧电压，将一定时间内的电源侧电压进行存储，并输出至电压推定部7，并且还测量断路器2的负载侧电压，将一定时间内的负载侧电压进行存储，并输出至电压推定部7。 [0024] 电压推定部7基于从电压测量部4输出的自当前时刻到过去一定时间内的电源侧电压，来推定当前时刻以后的电源侧电压推定值并输出至目标闭合时刻计算部14，并且还基于从电压测量部4输出的自当前时刻到过去一定时间内的负载侧电压，来推定当前时刻以后的负载侧电压推定值并输出至目标闭合时刻计算部14。 [0025] 这里，对当前时刻以后的电源侧电压推定值及负载侧电压推定值的计算方法的一个示例进行说明。此外，这里，将电源侧电压及负载侧电压称为电压信号，将电源侧电压推定值及负载侧电压推定值称为电压信号推定值。 [0026] 在电压信号为交流信号的情况下，对于电压信号推定值的频率，可以例如求出电压信号的多个零点时刻间隔的平均值，并将该零点时刻间隔的平均值的倒数的1/2倍的值设为电压信号推定值的频率。此外，对于电源侧电压推定值的频率，可以根据系统条件将其设为50Hz或60Hz。另外，对于电压信号推定值的相位，例如将电压信号的多个零点时刻中电压信号从负变为正的零点的最新时刻的值存储作为相位0度的时刻,并将电压信号从正变为负的零点的最新时刻的值存储作为相位180度。另外，对于电压信号推定值的振幅，例如事先存储从电流分断时刻到当前时刻为止得到的多个电压信号的极大值及极小值，并将这些已存储的极大值及极小值的绝对值的平均值设为电压信号推定值的振幅。或者，也可以对一个周期内的电压信号进行积分并求出有效值，将该有效值的 倍的值设为电压信号推定值的振幅。若使用上述计算值，则能够将相位0度的时刻设为ｔ＝0，并将电压信号推定值近似为电压信号推定值＝振幅×sin（2π×频率×ｔ）。 [0027] 此外，在电压信号为直流信号的情况下，可以使用现有技术来进行计算，但由于该计算方法较为复杂，因此这里省略说明。 [0028] 目标闭合时刻计算部14基于从电压推定部7输出的电源侧电压推定值及负载侧电压推定值来计算出目标闭合时刻区域，并输出至闭合控制部18。 [0029] 在输入有闭合指令的情况下，闭合控制部18在比由目标闭合时刻计算部14输出的目标闭合时刻区域要提前预测闭合时间的时刻区域内输出闭合控制信号。 [0030] 这里，所谓预测闭合时间，是将闭合控制信号输出至断路器2以后、到断路器2的触点进行机械接触为止的闭合时间的预测值。断路器2的闭合时间变动取决于环境温度、控制电压、以及操作压力等环境条件，能够将其分成：可以对同型号的断路器进行统一的变动时间修正的部分；以及由于触点磨耗、时间变化、以及微小的个体差异等各个断路器的状态变化而发生变动从而需要分别修正的部分。也就是说，下一次闭合时的预测闭合时间可以根据第1修正时间及第2修正时间来进行修正并求出，其中，该第1修正时间基于环境温度、控制电压、以及操作压力的环境条件，而该第2修正时间基于过去的动作历史。 [0031] 具体而言，预先在一定的环境温度、控制电压、及操作压力条件下测量出作为闭合时间的平均值的基准闭合时间。另外，预先使环境温度、控制电压、及操作压力条件变化而得到使断路器闭合时的闭合时间的平均值，以该平均值与基准闭合时间的差值的形式存储在表格中。然后，在运用时，基于实际的环境温度、控制电压、以及操作压力，根据表格中最接近的值进行插补，以计算出基于环境条件的第1修正时间，并且，求出实际闭合时间与进行该动作时的预测闭合时间在过去n次（例如，过去10次）的误差，并对该误差加权以计算出基于过去的动作历史的第2修正时间。使用上述计算值能计算出预测闭合时间＝基准闭合时间＋第1修正时间＋第2修正时间。 [0032] 接下来，参照图2及图3对实施方式1所涉及的电力开关控制装置中的目标闭合时刻计算部14的目标闭合时刻区域的设定例进行说明。 [0033] 图2是对目标闭合时刻区域的设定例进行说明的图。图2中的实线所示的线表示电流分断后断路器极间电压的绝对值波形。图2中的虚线所示的线表示其它相率先在时刻T0接通时第2接通相以后的后续接通相的断路器极间电压的绝对值波形。此外，在图2中，示出了设定目标闭合时刻区域以使得断路器2在断路器极间电压的绝对值处于0～Ｙ的范围内的时刻接通的示例。 [0034] 在断路器2的闭合过程中，随着触点的极间距离变小，极间的绝缘强度降低，在该绝缘强度降低到由触点的极间所施加的电压而形成的电场值以下的时刻，伴随着触点的极间绝缘击穿而产生超前电弧，从而电接通。也就是说，在断路器极间电压的绝对值波形、与断路器2的闭合过程中断路器极间的绝缘强度变化率特性曲线（ＲＤＤＳ：Rate of Decrease of Dielectric Strength）的交点处，断路器2得以接通。在图2中用实线所示的示例中，为了在断路器极间电压的绝对值变为0～Ｙ的范围内的时刻接通断路器2，只要将图2中示出的从时刻T1到时刻T2为止的范围设定作为目标闭合时刻区域即可。此外，在以下说明中，将目标闭合时刻区域中的时刻T1称为“闭合可控时刻”，将时刻T2称为“闭合控制极限时刻”。 [0035] 另一方面，如图2中的虚线所示，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，由于先行接通相的接通引起负载侧电压发生变动，从而使得断路器极间电压可能增大。在该情况下，若将从时刻T1到时刻T2为止的范围设定作为目标闭合时刻区域，则例如在时刻T1闭合的绝缘强度变化率特性曲线与断路器极间电压的绝对值的交点X处，有可能产生超前电弧，使得断路器2被接通。因此，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，需要将比从时刻T1到时刻T2为止的范围要小的从时刻T1’到时刻T2’为止的范围设定作为目标闭合时刻区域。 [0036] 图3是对断路器极间电压不同时的闭合可控时刻的变化例进行说明的图。如图3所示，若峰值为A1的断路器极间电压的绝对值、与斜率为k（PU/rad）的绝缘强度变化率特性曲线在相位θ1处相切，将该绝缘强度变化率特性曲线与横轴相交时的相位设为θ2，则得到下述各式（1）、（2）。此外，这里，将电源侧电压的额定值的峰值设为1PU。 [0037] k(PU/rad)=A1cosθ1…(1) [0038] k(θ2-θ1)=-A1sinθ1…(2) [0039] 由上述各式（1）、（2）得到下述各式（3）、（4）。 [0040] θ1=cos-1(k/A1)…(3) [0041] θ2=θ1-(A/k)sinθ1…(4) [0042] 这里，例如将k设为k=-0.5(PU/rad)，在A1=1(PU)的情况下，对上述各式（3）、（4）进行求解，得出： [0043] θ1=cos-1(-0.5)≈2.0944(rad)≈120(度) [0044] θ2≈2.0944(rad)+2sin(2.0944(rad))≈3.8264(rad)≈219(度) [0045] 另一方面，在A1=1.2(PU)的情况下，对上述各式（3）、（4）进行求解，则得出： [0046] θ1≈cos-1(-0.4167)≈2.0006(rad)≈115(度) [0047] θ2≈2.0006(rad)+2sin{2.0006(rad)}≈4.1823(rad)≈240(度) [0048] 也就是说，在断路器极间电压的绝对值的峰值A1从1变化到1.2时，需要将相位延迟了240(度)-219(度)=21(度)的时刻设为闭合可控时刻。在上述示例中，如果系统频率（电源侧电压的频率）例如为60Hz，则使闭合可控时刻延迟约1ms即可。 [0049] 因此，在实施方式1所涉及的电力开关控制装置中，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，估计由于先行接通相被接通而导致负载侧电压发生变动，从而使断路器极间电压增大，并进行控制以使得闭合可控时刻延迟预先设定的规定的延迟时间。如果进行这样的控制，则能够抑制电流分断后可能由负载侧电压发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。 [0050] 接下来，参照图1～图3对实施方式1所涉及的目标闭合时刻计算部14的动作进行说明。在目标闭合时刻计算部14中，预先设定有：断路器接通时断路器极间电压的绝对值的容许范围；以及在第2接通相以后的后续接通相的情况下使闭合可控时刻延迟于先行接通相时的延迟时间。 [0051] 目标闭合时刻计算部14首先基于电源侧电压推定值及负载侧电压推定值来计算当前时刻以后的断路器极间电压推定值，并基于该断路器极间电压推定值来计算能够在断路器极间电压推定值的绝对值处于预先设定的容许范围内的时刻接通断路器2的目标闭合时刻区域。在第1接通相的情况下，将这里计算出的目标闭合时刻区域输出至闭合控制部18。 [0052] 另一方面，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，设定新的目标闭合时刻区域，并将其输出至闭合控制部18，其中，该新的目标闭合时刻区域相对于第1接通相时的目标闭合时刻区域，使闭合可控时刻延迟了预先设定的延迟时间。 [0053] 如上述说明那样，根据实施方式1的电力开关控制装置及其闭合控制方法，由于基于当前时刻以后的电源侧电压推定值及负载侧电压推定值来计算当前时刻以后的断路器极间电压推定值，并基于该断路器极间电压推定值来计算目标闭合时刻区域，该目标闭合时刻区域是能够在断路器极间电压推定值的绝对值处于预先设定的容许范围内的时刻接通断路器的、从闭合可控时刻到闭合控制极限时刻为止的区域，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，使闭合可控时刻延迟预先设定的延迟时间，因此，能够抑制电流分断后可能由负载侧电压发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。 [0054] 此外，在上述实施方式1中，是在第2接通相以后的后续接通相的情况下，使闭合可控时刻延迟预先设定的延迟时间，然而也可以分为第2接通相的情况与第3接通相的情况，并在各个情况下设定不同的最佳延迟时间。 [0055] 另外，在第2接通相以后的后续接通相的情况下，若使目标闭合时刻区域中的闭合可控时刻延迟预先设定的延迟时间，并使闭合控制极限时刻超前预先设定的超前时间，则能得到更佳的效果。 [0056] 或者，也可以预先设定断路器极间电压的最大变动值，并在第2接通相以后的后续接通相的情况下，计算应用了该最大变动值的断路器极间电压推定值，从而设定目标闭合时刻区域。如果如上述那样进行设定，则能够更准确地在处于预先设定的断路器极间电压的绝对值的容许范围内的时刻接通断路器，并且还能更恰当地抑制电流分断后可能由负载侧电压发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。 [0057] 实施方式2 [0058] 在本实施方式中，对电流分断后的接通顺序进行说明。此外，由于实施方式2所涉及的电力开关控制装置的结构与在实施方式1中说明过的图1的结构相同，因此在这里省略说明。 [0059] 图4是表示电流分断后各单元的电压波形的一个示例的图。图4（a）表示电源侧电压波形，而图4（b）表示负载侧电压波形。另外，图4（c）示出了电源侧电压与负载侧电压的差值的绝对值、即断路器极间电压的绝对值波形。此外，在图4所示的示例中，示出了例如供电线3是并联电抗器带补偿的供电线的情况下的示例。 [0060] 如在实施方式1中说明的那样，如图4（b）所示，并联电抗器带补偿的供电线的电流被分断后，负载侧电压变为由断路器2的负载侧的电抗器与供电线3的电容产生的一定频率的交流电压。该负载侧电压的频率一般与电源侧电压波形的频率不同。 [0061] 因此，如图4（c）所示那样，断路器极间电压推定值的绝对值波形变为由于电源侧电压波形的频率与负载侧电压波形的频率产生干扰而重叠了脉冲状波动波形的波形。 [0062] 在断路器极间电压的绝对值波形变为这样的脉冲状波形的情况下，如果设定目标闭合时刻区域，以使得断路器2在图4（c）中的波高值变小的时刻j～时刻k之间、或是时刻l～时刻m之间接通，则能够恰当地抑制断路器接通时过渡电压、电流的产生。 [0063] 图5是表示电流分断前后各相的各单元电压波形的一个示例的图。图5（a）表示电源侧电压波形，而图5（b）表示负载侧电压波形。另外，图5（c）示出了断路器极间电压的绝对值。此外，在图5中，对于纵轴的各单元电压值的电压电平，将电源侧电压的额定值的峰值表示为1PU。另外，在图5所示的各单元电压波形中，用实线表示的线表示A相的各单元电压波形，用虚线表示的线表示B相的各单元电压波形，用点划线表示的线表示C相的各单元电压波形。在图5所示的示例中，示出了如下示例：在时刻t0发生A相接地短路，在时刻t1电流分断，在时刻t2除去二次电弧，即消除A相接地短路。此外，在图5所示的示例中，与图4所示的示例相同，示出了供电线3例如是并联电抗器带补偿的供电线的情况下的示例。 [0064] 如图5（c）所示，A相的断路器极间电压的绝对值波形与B相及C相的断路器极间电压的绝对值波形相比，脉冲状波形的波动波形的波高值较小，而绝对值波形的波高值较大，并在该状态下推进。因此，在A相率先接通的情况下，在断路器极间电压较高的时刻接通的可能性较高，在该情况下，后续接通相（这里为B、C相）的负载侧电压的变动变大，也就是说，后续接通相的断路器极间电压的变动变大，难以抑制断路器接通时过渡电压、电流的产生。 [0065] 因此，在实施方式2所涉及的电力开关控制装置中，目标闭合时刻计算部14将断路器极间电压推定值的绝对值的波高值较大的相（在图5所示的示例中为B、C相）设作先行接通相。如果进行这样的控制，则能够减小因先行接通相的接通而导致后续接通相的负载侧电压的变动，也就是说能够减小后续接通相的断路器极间电压的变动，并能抑制电流分断后可能由负载侧电压发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。 [0066] 另外，如图5（b）所示的A相那样，在负载侧电压的振幅值较小的情况下，有时难以获取到当前时刻以后的负载侧电压推定值。 [0067] 因此，在实施方式2所涉及的电压推定部7中，预先设定负载侧电压振幅阈值（在图5所示的示例中，为±0.5PU），并在负载侧电压的振幅值为负载侧电压振幅阈值以下的情况下，将负载侧电压推定值推定为0。 [0068] 另外，例如，在执行低速度再闭合的情况下，如果在从电流分断时刻t1到下一次接通为止设置充分的时间间隔，则负载侧电压根据由供电线3的电容及支承该供电线3的绝缘子的漏电阻所决定的时间常数等来进行衰减，并随着经过一定时间最后收敛于0，其中，该低速度再闭合过程中，从断路器2的电流分断时刻或断开时刻到接通为止的时间比预先规定的规定时间要长（例如，3秒以上）。 [0069] 因此，在电压推定部7中，预先设定规定的限制时间，并在从电流分断时刻或断开时刻经过了限制时间的情况下，与上述负载侧电压的振幅值为负载侧电压振幅阈值以下的情况相同，将负载侧电压推定值推定为0。电流分断时刻例如可以是断路器2产生极间电压的时刻，也可以预先测定断路器2的主电路电流，将主电路电流变为0的时刻设为电流分断时刻。另外，断开时刻例如可以是发出断路器2的分断指令后经过规定的断开时间后，也可以预先测定断路器2的触点开闭状态，将触点状态从闭变为开的时刻设为断开时刻。 [0070] 然后，在目标闭合时刻计算部14中，在负载侧电压推定值为0的情况下，将预先设定的基准闭合时刻区域设定为目标闭合时刻区域。此外，对于该基准闭合时刻区域，例如可以是设定闭合可控时刻与闭合控制极限时刻，以使得电源侧电源波形的零点相位（0度或者180度）包含在接通相位范围内，或者也可以将电源侧电压波形的零点相位（0度或者180度）设为目标闭合时刻，并将其前后的规定区域设为基准闭合时刻区域。本发明并不局限于该基准闭合时刻区域的设定方法。 [0071] 也就是说，在负载侧电压的振幅值较小、并为预先设定的负载侧电压振幅阈值以下的情况下，或是在从电流分断时刻经过了预先设定的限制时间的情况下，不进行之后的断路器极间电压推定值的推定运算，而是进行控制以使得断路器2在预先设定的基准闭合时刻区域闭合。由此，能够实现简化伴随着目标闭合时刻区域的计算而产生的运算处理。 [0072] 另外，在各相的接通间隔变大的情况下，系统的缺相状态将持续，因此不优选。因而，将各相的接通间隔设在预先设定的规定间隔以内（例如，一个周期）。 [0073] 如上述说明的那样，根据实施方式2的电力开关控制装置及其闭合控制方法，由于将当前时刻以后的断路器极间电压推定值的绝对值的波高值较大的相设为先行接通相，减小了因先行接通相的接通而导致负载侧电压的变动，因此，能够在各相接通时抑制电流分断后可能由负载侧电压发生变动而引起的过渡电压、电流的产生。 [0074] 另外，由于在负载侧电压的振幅值为预先设定的负载侧电压振幅阈值以下的情况下，以及在从电流分断时刻经过了预先设定的限制时间的情况下，将预先设定的基准闭合时刻区域设定为目标闭合时刻区域，因此，能够简化伴随着目标闭合时刻区域的计算而产生的运算处理。 [0075] 此外，在上述实施方式2中，是将当前时刻以后的断路器极间电压推定值的绝对值的波高值较大的相设为先行接通相，然而将当前时刻以后的负载侧电压推定值的振幅值较大的相设为先行接通相，也能得到相同的效果。 [0076] 此外，上述实施方式中示出的结构是本发明的结构的一个示例，也可以与其它公知技术相结合，在不脱离本发明的技术思想的范围内进行变更来构成也是毋庸置疑的，例如可以省略其中一部分等。 [0077] 标号说明 [0078] 1电源 [0079] 2断路器 [0080] 3供电线 [0081] 4电压测量部 [0082] 7电压推定部 [0083] 14目标闭合时刻计算部 [0084] 18闭合控制部 |
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