要旨
    随着电力事业竞争的日趋激烈，要求延长电力设备的维修周期，提高设备的维护、监视诊断技术的同时，要求进一步提高供电质量。为了提高电质量，需要防止操作断路器时产生的操作过电压以及由此引起的设备故障。而迄今为止，一直采用的是电阻合闸方式和设置避雷器等方法。为了适应电力市场自由竞争的潮流，从降低电力成本，减少设备费用、减少维修作业等方面着手提高整体系统运行的经济性的要求越来越高。另一方面，随着电子技术的进步，设备的可靠性、耐环境性的提高以及小型化，变电设备逐步实现智能化控制。
    在此背景下，作为控制断路器操作过电压的一种经济性手段，在电压或是电流的特定相位下分合断路器来控制操作过电压的分合闸相位控制断路器引起人们越来越多的关注。在国外，特别是以欧美为中心使用分合闸相位控制断路器的例子正在急速增加，为了适应市场发展的需要，三菱公司按照CI-GRE WGl3.07进行了审议，依据技术调查对分合闸相位控制断路器的使用方针进行了讨论，并对使用分合闸相位控制断路器的经济性进行了评估。
    为了适应市场发展动向，三菱公司这次开发出了分合闸相位控制断路器，并依据上述的使用指导方针完成了分合闸相位控制断路器的实用性能验证试验。试验的结果显示，可以较好的控制操作过电压，145kV分合闸相位控制断路器已经出口美国，其它电压等级的产品也将逐步采用这项技术。
    分合闸相位控制断路器不仅可以使用于现有产品系统，也可以适用于变电站的数字化控制，作为智能变电站的一项关键技术，使系统运行更加安全可靠。

分合闸相位控制断路器(左)和分合闸相位控制断路器控制操作冲击例子(右)
    分合闸相位控制断路器作为控制操作冲击的一种经济手段正逐步扩大使用范围，将分合闸相位控制装置设置在断路器操作箱内为前提进行了设计和验证。作为小型化系统，不仅可以使用于新建工程项目，也可以适用于业已安装的现有设备。
1  前言
    在电力系统中，断路器进行操作时会产生过电压和涌流，这将影响设备的绝缘、寿命、系统电压的稳定性，诱发保护继电器的误动作等设备维护或是电力系统运行上的问题。例如：空载变压器励磁合闸时，断路器合闸相位产生很大的涌流，这将导致系统电压发生波动和保护继电器误动作。在开断并联电抗器时，断路器断口之间的重燃电弧加大了断路器触头的磨损量并产生很大的重燃电弧电压。为了避免发生这些现象，现阶段采用的是安装合闸电阻、设置避雷器、缩短检修周期等几种方式。
    另一方面，考虑在系统电压或是电流的特定相位操作断路器可以抑制这些过电压和涌流，采用断路器分合闸相位控制的方法，在九十年代后期已经实用化，作为抑制过电压涌流的一种经济手段，以欧美为中心使用分合闸相位控制断路器的例子正在急速增加。
    采用分合闸相位控制方式抑制过电压和涌流的效果对分合闸时刻的精度有很大的影响，在进行分合闸相位控制时，要充分掌握断路器的断口绝缘特性、分合闸动作特性以及相位控制装置的精度，建立相位控制的计算方法。
    本文将概要介绍分合闸相位控制技术和以其为基础的断路器分合闸现象、相位控制计算方法以及使用实际断路器进行各种试验，阐述分合闸相位  控制的实用性确认结果。

2  分合闸相位控制概要
    本文将介绍分合闸相位控制技术的概要以及适用的优点。
2.1  分合闸相位控制原理
    分合闸相位控制断路器的系统组成如图1。对从任何相位输入的断路器分合闸指令，分合闸相位控制装置都可以预测出断路器的分合闸时间，参照系统电压或是电流，按照目标相位的同期性向断路器发出分合闸信号。作为目标的分合闸相位因操作内容而不同，例如，在中性点接地的电容器组合闸时，为各相的电压零点，中性点接地的变压器空载励磁合闸时，为各相电压的最大点。
    断路器的分合闸时间随着断路器的控制电压、操作压力、周围温度以及动作累积次数等条件而变化，相位控制装置常时监视这些动作条件，依据计测出的各动作条件下断路器的预测分合闸时间，调整从输入分合闸指令到分合闸信号输出的时间(以下称为同步延迟时间)。进行合闸相位控制时，因目标相位的不同，合闸时的电压值也不同，还必须考虑从发生预击穿到断路器触头机械接触的时间(预击穿时间)的变化。图2为合闸相位控制时的二次部分以及控制时的各个过程的时间变化模式图。
    一般来说，如果周围温度、控制电压、操作压力降低，则断路器合闸时间变长，可将同步延迟时间设置的短一些。反之，如果周围温度、控制电压、操作压力升高，断路器合闸时间变短，则可将同步延迟时间设置的长一些，这样，就可以将从接受合闸指令到断路器合闸的时间控制在一定范围内。

2.2  适用内容和优点
    图3为伴随着断路器操作发生的现象，可以分类为以下3项：
    ·感性负荷合闸(变压器、并联电抗器)
    感性负荷合闸时的励磁涌流引起的瞬间电压降低、保护继电器误动作等。
    ·容性负荷合闸(空载输电线、电容器组)
    容性负荷合闸时的过电压和涌流引起的断路器触头磨损增大。
    ·小电流开断(空载输电线、电容器组、并联电抗器)
    伴随着重燃弧、重击穿过电压、断路器触头的磨损增大。
    针对以上内容，通过分合闸相位控制技术的使用．可以获得以下好处：
(1)降低设备成本
    ·省略合闸电阻、避雷器
    ·降低绝缘水平
(2)削减维修成本
    ·GCB触头磨损的降低延长了检查周期
    ·防止过电压引起的变电设备的老化
(3)提高了供电质量
    ·抑制过电压、电压波动
    ·防止保护继电器的误动作
    表1为各个内容适用的目的、优点以及最佳的分合闸相位。
3  断路器的特性
    采用分合闸相位技术抑制过电压、涌流的效果对断路器分合闸时刻的精度有很大的影响，在使用分合闸相位控制技术时，需要对断路器的特性进行详细的研究。这里以合闸动作为例，对断路器的特性进行说明。
3.1  断路器的合闸动作
    图4为以最低电压合闸为目标时的现象模式图。断口之间的电压为正弦波，A点在断路器触头的刚合点(合闸点)，B点在预击穿的发生点。断路器断口的耐电压特性在图中用直线AB表示，耐电压值随着合闸动作减少，在A点为零。直线两侧的虚线表示已将各断路器合闸时间偏差以及放电偏差考虑在内的耐电压特性界限线，实际合闸点在图中的C点到D点的范围呈正态分布。直线AB的斜率被称为断口绝缘下降率(Rate of crease of Dielectric Strength：RDDS)，与系统的常规对地电压在电压零点的斜率之比(K_RDDS=RDDS/ωVp)是断路器分合闸时间的机械偏差为实施相位控制中非常重要的量值。

合闸电压最低时的目标合闸点如下：
(1)K_RDDS>1时
    从图中可以清楚的看到断路器可以在包括电压零点在内的任意相位合闸，为使C，D点的电压相等，设置目标合闸点B点。
(2)K_RDDS<1时
    考虑到偏差的RDDS临界线与电压零点以前的断口波形相接时为最小合闸电压，目标合闸点为F点。
    图5为按照上述思考方法，求出的改变断路器合闸时间偏差时的K_RDDS和最大合闸电压的关系。从图中我们可以看出，为了减小最大合闸电压，要扩大K_RDDS或是缩小合闸时间偏差。K_RDDS以及合闸时间偏差为各断路器固有数值，例如：像有效接地系统的电容器组合闸那样，要求以峰值1/2以下的电压合闸时，按照图5就可以作出判断是否可以适用。
3.2  分合闸动作特性

    图6为改变控制电压、周围温度时，断路器的合闸时间特性例子。断路器的合闸时间拥有一定的偏差，其中心值随动作条件的变化而变化。分合闸时间中心值的波动可以按GCB的操作力以及可动部结构等来决定，同一机种的特性大致相同。因此，如果事先掌握其特性的话，通过测量各动作的条件，我们就可以预测出分合闸时间。
3.3  电气特性

    图7为RDDS的测量例子。我们可以知道，在按照实际系统合闸的常规对地电压领域，RDDS的值大致稳定，假定正态分布时的标准偏差为9%左右。几乎没有电压极性引起的间隙电压的区别，从图中可以看出，对实际运行中的电压特性我们可以不用考虑。
4  分合闸相位控制装置
    本章将介绍分合闸相位控制装置(Synchronous Switching Controller：SSC)的组成以及控制计算方法。
4.1  分合闸相位控制装置的组成
    图8、图9为SSC的外观以及内部组成。SSC的主要优点如下：
(1)使用l台分合闸相位控制装置就可以控制1台GCB的分闸、合闸(全部6点输入输出)。
(2)采用32位数字继电器用CPU，在确保高可靠性的同时，可以快速进行控制演算、动作解析等。
(3)可以由上一级系统的计算机通过现场网络监控包括动作条件在内的GCB各分合闸动作累计次数状况、主回路电压、电流、GCB动作行程以及报警信号。
(4)为了确保电气波动和温度变化的耐环境性，可以将分合闸相位控制装置设置在断路器操作箱或是就地控制柜内。
(5)拥有包括传感器在内的自我诊断功能以及判断分合闸相位控制是否成功的功能，在进行异常检测时，可以在报警的同时将分合闸相位控制装置短路或是分开。
4.2  控制计算方法
    断路器分合闸时间波动依存于①控制电压、周围温度、操作压力等动作条件，可以对同一型号的断路器进行通用的波动时间修定和②接点磨损、实效个体差异微小的各断路器状态变化而波动，可以将个别需要修定的部分分离开来。

    因此，断路器分合闸时间的修定可以分为①根据控制电压、周围温度、操作压力等动作条件进行的修定时间△Tenv，②按照过去动作累积次数的修定时间△Tconst，修定为标准条件的平均分合闸时间Tstd，按照公式(1)求出预测分合闸时间，并搭载了控制分合闸信号输出定时器的计算方法。
    预测分合闸时间=Tstd+△Tenv+△Tconst…………………………………………………(1)
    关于修定时问△Tenv，首先计测各动作条件下的平均分合闸时间并与标准条件下的平均分合闸时间△Tstd之差编制成图表方式。在发出分合闸指令时，插入图表数据计算出动作条件下的修定时间△Tenv。
    另一方面，按照动作累积次数的修定时间△Tconst，要根据过去10次分合闸时间的实测值和预测值的误差计算出来。只是，为了获得最高修定效果，对各数据进行了累加。
    图10为搭载了SSC的145kV断路器，在不同条件下预测的分合闸时间结果。由此，我们依照这个实测值进行了分合闸时间预测。
5  验证试验结果
    为了验证上面介绍的相位控制系统的可信性，在各额定电压参数的断路器控制箱内安装了相位控制装置并进行了试验，确认了分合闸相位控制断路器的实用性能。

5.l  合闸试验结果
    使用出口的550kV断路器，以最低电压下的合闸为目标进行了电容器组合闸试验。
    根据事先测量获得的断路器合闸时间偏差(36=0.75ms)和断口绝缘下降率(KRDDS=0.9)，将目标合闸相位设定为18°。
    图11为进行了10次相位控制合闸动作时的合闸相位和预击穿电压的关系。我们从试验时的合闸时问偏差小于事前进行的操作试验获得的数
值可以知道，其结果是合闸电压的最小值为0.11Pu,最大值为0.15都小于图5的偏差预测值，合闸电压低于人们期待的电压。

    图12为使用145kV断路器出口产品的电容器组合闸试验时的涌流测量值。没有实施相位控制进行的合闸，发生最大约为4.9PU的涌流，而将合闸电压设置为最低实施相位控制时，可以将其抑制在最大约为2.4PU和l/2以下，确认了分合闸相位控制的有效性。
5.2  分合闸相位控制装置的耐环境性
    经过以上叙述以及高低温试验、断路器的多次动作试验，确认了。
    ·最大550kV的电压合闸时发生的耐电气冲击性能
    ·周围温度-40～+70℃的动作健全性
    ·断路器动作10000次的耐振动性能
    等实用性能，确认了作为分合闸相位控制系统已达到了所期待的功能。
6  结束语
    作为断路器分合闸时发生的诸项问题的解决对策，本文介绍了分合闸相位控制技术。从设备的组成、系统的运行以及维修业务方面考虑，这项技术可以使用户的变电系统变成为更具魅力的变电系统。将来，可以把实用业务扩展到故障电流开断方面并对其功能进行进一步的充实。