基于TSC控制技術(shù)的可控硅開關(guān)分析

摘要 分析了基于TSC控制技術(shù)的可控硅開關(guān)的現(xiàn)階段存在的問題。介紹了晶閘管投切電容式消弧線圈中晶閘管的選型，以避免不同大小的電抗器對整個電路的沖擊和存在的電流突變，以保證可控硅開關(guān)更快、更好地投切。
關(guān)鍵詞 TSC控制；晶閘管；消弧線圈；電抗器

    近年來，基于TSC(Thyristor Switched Cpacitor)的可控硅投切電容式消弧線圈相繼推出，取得了一定的效果，但仍存在一些問題，如線路中投切時的諧波問題一直未得到解決。為了能更好地控制諧波的產(chǎn)生以順利投切電容器，在線路中加入配合電容器的適當(dāng)電抗器，該方法調(diào)諧速度快、調(diào)節(jié)范圍寬、適應(yīng)能力強(qiáng)、具有線性調(diào)節(jié)特性，同時無諧波污染、可靠性高且損耗和噪聲小。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，增加電抗器可減小涌流和畸變，并需增加合適大小的電抗器，以保證投切的可行性。

1 TSC式可控硅開關(guān)的結(jié)構(gòu)
    TSC式可控硅開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，即為可控硅控制的串有小電抗的電容器。由圖1可以看出，在可控硅開關(guān)控制電容器投切電路上串聯(lián)了與該電容器匹配的小型電抗器，增加了穩(wěn)定性。

    所使用的小型電抗器由空心線圈繞制而成，雖然其感抗值只有同組電容器容抗值的百分之幾，容量較小，對電容量的影響較弱，但作用較大。在投切電容時可減小沖擊和電壓及電流突變，增加穩(wěn)定性。

2 TSC的安全性
    從目前TSC的運(yùn)行狀況看，影響TSC的安全情況主要有：(1)電容器合閘時的過電壓。(2)電容器的合閘涌流引起的可控硅電流變化率di／dt過大。(3)可控硅散熱問題等。
2．1 可控硅的選擇
    電容器的合閘涌流倍數(shù)km為
    
    式中，Sd為合閘點(diǎn)短路容量；Qc為電容器容量。
    即選擇可控硅時應(yīng)留有一定的功率裕量，通常選擇有效值3～4倍的可控硅控制電阻和電容合理的裕量。但從安全角度考慮，可控硅投切電容器時IEEE建議的裕量值為6～8倍。  
2．2 電抗器的選擇
    關(guān)于串聯(lián)電抗器的選擇，GB 50227—1995《并列電容器裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定中第5．5．2．2條“用于抑制諧波，當(dāng)并列電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為5次及以上時，宜取4．4％～6％”，當(dāng)并列電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為3次及以上時，宜取12％。
    綜上可知電抗器的電抗率k為
    wL=k／wC (2)
    即
    k=w2LC (3)

3 實驗分析
    從圖2可以看出，消弧線圈二次側(cè)額定電壓為220 V。一般情況下，不僅是可控硅，包括所有的高壓設(shè)備，在選型時都需留有一定的裕度，應(yīng)至少取峰值的3倍。因此可得出應(yīng)選晶閘管的額定電壓為220××3≈1 000 V。文中在此選擇額定電壓為1 600 V的可控硅。

 
    在確定了可控硅的型號后，在電路中串聯(lián)不同大小的電抗，觀察消弧線圈投切電容器時整個電路的電壓波形。

    經(jīng)實驗比較后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)串聯(lián)電抗器的感抗值占同組電容器的容抗值約6％時電壓波形效果較好，感抗過大或過小得到的電壓波形效果較差。
    另外，串聯(lián)電阻可解決投切電容器時電壓波形的畸變問題，但在實際應(yīng)用中電阻存在較大的發(fā)熱和功率損耗問題，故串聯(lián)電阻方案不可行。
    由本實驗可總結(jié)出，空心電感的存在能有效解決問題，因為電感具有抑制電流突變的特點(diǎn)，實驗也證實了這一點(diǎn)。