126kV双断口真空断路器控制系统设计与实验

摘要

现代电力工业成就的不断攀升使得电力设施的发展要求逐步偏向智能性。延伸到高压开关领域，则要求其可应用于更高电压等级、具备更高可靠性，并不断提升其自动化程度。目前，真空开关凭借熄弧能力强、环境污染小等优势，逐步取代SF6开关成为研究热点。然而，击穿电压随真空间隙的饱和性限制了其高压化发展，因此，由多个灭弧室串联而成的多断口真空开关得到更广泛的研究与应用。本文以126kV双断口真空开关为主要对象，进行了控制系统的设计，并搭建实验平台进行性能测试。
　　本文首先对双断口真空开关的动、静态特性和断口均压问题进行了研究分析，确定双断口的同步动作是影响其开断特性的关键问题。这既要求单机构自身具备较好的动作稳定性，又要保证双机构之间的动作同步性。由此，提出了控制系统的目标为确保双断口的励磁及运动时间相同，运动轨迹在保持实时同步的基础上尽量贴合目标曲线，从整体上保证双断口真空开关良好的动作特性。
　　永磁机构动作分散性小、可靠性高、易于实现操控，是双断口真空开关操动机构的最佳选择。本文研究了永磁机构的基本工作原理及其动态模型，仿真分析出永磁机构励磁和运动阶段的不同特点，在单机构自调速的基础上，进行双机构线圈电流和位移参量的协调性控制，进而实现控制目标的要求。单机构闭环控制主要通过调节PWM的比值，改变IGBT的开通时间，来改变励磁电流的大小，进而实现对机构运动过程的速度调节。在双机构调速中，主要以模糊控制为基础并结合了PID控制的优点，对该算法的实现及应用进行了描述。最后以AVR单片机为主要平台，搭建了126kV双断口真空开关控制系统，实验验证在环境条件改变时，单机构的动作时间由开环控制下的61.2～73.8ms，改善为67.8～68.2ms;双机构同步性测试结果表明，通过协调控制，双断口的合闸时间分散性仅为0.6ms，且运动轨迹同步度较好。
　　电磁兼容(EMC)是控制系统需要考虑的另一关键问题。本文主要针对电源、485通信以及输入输出等端口进行了EMC设计。结合国标要求从衰减振荡、电快速瞬变脉冲群、雷击浪涌及静电放电四个方面进行了电磁兼容抗干扰测试试验，验证了控制系统在复杂工作条件下的可靠性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 真空断路器的发展概述

1．2 国内外高压真空开关的研究进展

1．3 双断口真空开关的发展

1．4 双断口真空开关控制系统的关键问题

1．4．1 双断口真空开关的同步性问题

1．4．2 双断口真空开关控制系统的电磁兼容问题

1．4．3 双断口真空开关的智能控制技术

1．5 本论文主要工作及章节安排

2 126kV双断口真空开关的同步控制策略

2．1 双断口真空开关断口均压问题

2．1．1 双断口的静态均压分析

2．1．2 双断口的动态均压分析

2．1．3 新型126kV双断口真空开关

2．2 操动机构动作时间分散性问题

2．2．1 永磁机构的工作原理及动态特性分析

2．2．2 永磁机构的分散性问题

2．3 126kV双断口真空开关的同步动作

2．3．1 控制目标及整体控制方案

2．3．2 双机构协调控制策略

2．4 小结

3 双断口动作协调控制算法的研究

3．1 励磁阶段的电流控制

3．1．1 单机构的励磁电流控制

3．1．2 双机构的励磁电流协调控制

3．2 运动阶段的位移控制

3．2．1 单机构的位移控制

3．2．2 双机构的位移协调控制

3．3 小结

4 126kV双断口真空开关控制系统结构设计

4．1 控制系统整体设计

4．2 控制器之间的连接

4．3 控制系统主要硬件设计

4．3．1 微处理器的选择及其外围电路设计

4．3．2 信号检测电路

4．3．3 电力电子驱动电路

4．3．4 接口电路设计

4．3．5 电源方案设计

4．4 控制系统主要软件设计

4．4．1 分合闸操动主程序流程

4．4．2 行程检测程序流程图

4．4．3 单机构电流控制程序流程图

4．4．4 单机构位移控制程序流程图

4．4．5 双断口位移协调控制流程图

4．5 控制系统电磁兼容设计

4．5．1 控制器设计的电磁兼容要求

4．5．2 电源端口电磁兼容设计

4．5．3 485通信端口电磁兼容设计

4．5．4 开关量输入输出端口的电磁兼容设计

4．6 小结

5 126kV双断口真空开关实验设计与分析

5．1 双断口同步分断控制实验及测试

5．1．1 真空断路器合闸重复性实验

5．1．2 双断口真空断路器动作同步性测试实验

5．2 控制系统电磁兼容实验

5．2．1 电快速瞬变脉冲群抗干扰试验

5．2．2 衰减振荡波抗干扰试验

5．2．3 雷击浪涌抗干扰试验

5．2．4 静电放电抗干扰试验

5．3 小结

结论

参考文献

致谢