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摘要：针对电磁开关和电力电子开关投切电容器无功补偿装置应用中存在的问题，开发、试验了一种基于复合开关投切电容器的无功补偿装置。试验运行情况表明，这种无功补偿装置运行可靠性高、性能稳定，能满足绝大多数场合的应用需要。对复合开关的组成原理、电路结构和装置的整体性能等进行了详细描述
关键词：复合开关；无功补偿；电容器投切；三相负载
1电磁开关与电力电子开关的互补使用
电磁开关应用于投切电容器无功补偿装置中的问题长期以来未能得到有效解决，电磁开关在接通或分断电容器时，发生的触头震动、起弧现象造成了触头蚀损、电磁干扰与电能损失，使其电气寿命低于机械寿命，不但需要经常更换，而且大大降低了无功补偿装置运行的可靠性。以电力电子开关器件为主构成的固态开关，虽然具有无触点通断、操作频次高、动态开关特性优越和抗机械应力能力强的优点，但也存在成本高，导通损耗大，耐电、热应力能力差，大功率时由于使用散热器而体重大等缺点，因此其使用仍受到很大的限制。特别是由于电磁开关在强电与稳态工作时的众多优势和价格上的突出优势，仍有很多无功补偿装置采用电磁开关投切电容器。复合开关是在电磁开关基础上，利用电力电子开关器件作为无触点开关与电磁开关的触头并联，由电力电子开关解决开关的动态过程，电磁开关则承担开关的稳态过程，构成了两者优势的互补。
2复合开关的组成和原理
复合开关分为三相共补复合开关和单相分补复合开关。其组成和原理大致相同，现以单相分补复合开关为例进行介绍。单相分补复合开关由无功补偿装置控制器控制，控制器输出3路12V直流电压信号。单相分补复合开关由单相分补复合开关控制单元和3个单相交流接触器J1，J2，J3组成，交流接触器受单相分补复合开关控制单元控制，整个单相分补复合开关的组成如图1所示。
3电压过零触发电路
在单相分补复合开关控制单元的控制板上，设计了一种先进的电压过零触发电路，用电压过零型光耦双向晶闸管取代由分立元件组成的功放电路及脉冲变压器等驱动环节，简化了触发控制电路的结构；同时，由于控制电路与主电路实现了光电隔离，因而提高了装置的可靠性。本文中采用Motorola公司生产的MOC3083芯片设计三相晶闸管触发电路，动态响应时间<20ms。单相触发电路如图3所示。
理论上，为了避免引发补偿电容器投入、切除过程中主电路的涌流冲击，即在这一过程中电容器上的电流始终保持整周期流动而没有过渡过程，必须满足以下2个条件：投入时在电容器两端电压为零时触发晶闸管；切除时只要撤消触发信号即可，由晶闸管的特性可知，开关在电流过零之后会自行关断。由于光耦双向晶闸管的内部带有过零检测电路，因此由他组成的晶闸管触发电路能够在不附加同步电路的情况下实现补偿电容器的无过渡过程投切。
4三相共补与单相分补相结合的接线方式和投切原则
传统的低压无功补偿都是采用三相共补的方式，适用于三相负载平衡、各相负载的COS相近的网络。控制器统一取样，各相投入相同的补偿容量，电容器多采用△接线。单相分补的方式适用于各相负载相差较大，其cos值也有较大差别的场合。控制器三相分别取样，各相分别投入不同的补偿容量，与三相共补方式所不同的是：单台并联电容器的额定电压为230V，Y接线；控制器分相进行工作，互不影响。当然，其价格高于三相共补的装置，一般要贵20％～30％。从经济的角度出发，采用电容器三相共补与单相分补相结合的接线方案，如图4所示。三相共补部分的电容器为△接线，用三相共补复合开关投切；单相分补部分的电容器为Y接线，用单相分补复合开关投切。这种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活，其成套价格低于单相分补的接线方案。实际中对Y接的电容器组多采用400V的电容器，这是因为400V的产品比较便宜，虽然实际输出的容量只有名牌的1/3，但工作场强低、寿命较长，且整个装置只用一个规格的电容器，互换性强。
投切原则为先共补，再分补，搜索方式为从大到小(电容器容量)。三相电压、三相电流采样后，计算出每相的无功功率QA，QB，QC，找出三者中无功最小值Qmin，从共补电容器组中搜索，看需要投入或切除几组共补电容器组才能满足Qmin，再把每相剩余Q值用分补电容器组去补偿(投入或切除)；若Qmin小于共补电容器组的最小容量，则直接用分补电容器组补偿(投入或切除)。
5复合开关投切电容器试验的结果与结论
为验证三相复合开关的可靠性和使用寿命，开关开发完成之后进行了长期的额定条件下的投切试验。试验方法是用三相共补复合开关投切一组△接20kVar／400V的电容器，用单相分补复合开关投切一组Y接45kVar／400V的电容器，利用无功补偿器进行投切试验，试验中整定时间间隔为5s投、切一次，完成了100次的三相复合开关带负荷投、切实验，三相复合开关在试验中没发现任何问题。
电容器投、切时，采集流过复合开关的电流波形(BE490数据采集系统)，
如图5所示
结语
由试验验证了复合开关．电流在晶闸管与电磁开关之间能成功地转移，并且能减小电磁开关的电应力。总结复合开关的特点如下：
(1)准确地控制三相合闸时刻，抑制合闸涌流，保护了开关及电容器。
(2)电磁开关在低电压条件下闭合，减小了开关应力，有利于延长其寿命。
(3)电磁开关分断时，其电流向晶闸管侧换流，大大减小了燃弧时间，延长了开关寿命。
(4)电磁开关分断后，由于晶闸管的导通，大大降低了开关的恢复电压，电磁开关几乎不会重燃。
参考文献
[1]GB14048.1低压开关设备和控制设备.第1部分：总则.
[2]GB14048.4低压开关设备和控制设备.第4-1部分：接触器和电动机起动机起动器.机电式接触器和电动机起动器（含电动机保护器）.