CN102004223A - 断路器的开断电流在线校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种断路器的开断电流在线校核方法，包括如下步骤：从EMS实时获取全网量测数据，建立电网模型；对前述全网量测数据进行可信度评估，并保留通过评估的数据；在电网中设置故障点，并对各故障点分别采用动态和静态计算分析方法，计算得到在各种短路故障类型下短路电流的数据；计算流经各断路器的短路电流；将前述获得的流经各个断路器的短路电流数据与其标称开断电流进行比较，如果发生超过标称开断电流的情况，则将校核结果和相应的短路故障信息发送给EMS进行报警；否则，进行下一种短路故障类型的校核计算。此方法可提高短路电流计算结果的准确性，实现断路器开断电流的在线校核、实时预警，提高电网安全运行的可靠性。

Description

断路器的开断电流在线校核方法

技术领域

本发明涉及电网短路电流的计算方法，尤其涉及断路器的短路电流计算方法。

背景技术

断路器的额定短路开断电流是断路器能够分断而不被损害的最高（预期的）电流值。辟如断路器上标明额定短路开断电流20kA，表示对于20kA内的短路电流，跳闸触头灭弧热元件动作有效，超过这个限制，则跳闸触头灭弧热元件动作不保证，会产生拉弧。因此，计算各种短路故障的情况下，流经断路器的短路电流，对于分析断路器是否能够可靠动作非常重要。

文献《变结构模型短路电流计算方法》（见中国电机工程学报第25卷第1期）提出了一种变结构模型短路电流计算方法，该方法将断路器作为一条阻抗为零的支路来模拟，运用线性网络特性、定理及变结构与变参数的分析方法，将母线上短路时的短路电流等值转移到断路器两侧，导出了相当于在断路器两侧分别发生短路故障时，流过断路器的短路电流的序分量模型和算法；然而将断路器作为一条阻抗为零的支路来模拟是不准确的，仅仅适用于中小电力系统及发电厂（《基于EMS的断路器遮断容量实时校核》电工技术2005年3期）。

近年来随着电能需求的日益增加，大功率电源投入运行，自耦变压器的使用等原因使得短路电流不断增大，同时短路电流又随着开关的运行状态变化而变化，断路器上的短路电流随时有接近甚至超过其开断能力的可能，成为电网安全运行的严重隐患。因此，有必要实时校核预测流经断路器上短路电流的大小，如果发生可能越限的情况及时通知运行人员采取改变运行方式、投入限流电抗器等措施。

正是基于此种考虑，本发明人针对短路电流的校核方法进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷和不足，提供一种断路器的开断电流在线校核方法，其可提高短路电流计算结果的准确性，实现断路器开断电流的在线校核、实时预警，提高电网安全运行的可靠性。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种断路器的开断电流在线校核方法，包括如下步骤：

（1）从EMS实时获取全网量测数据，建立电网模型；

（2）对前述全网量测数据进行可信度评估，并保留通过评估的数据；

（3）在电网中设置故障点，并对各故障点分别采用动态和静态计算分析方法，计算得到在各种短路故障类型下短路电流的数据；

（4）计算流经各断路器的短路电流；

（5）将前述获得的流经各个断路器的短路电流数据与其标称开断电流进行比较，如果发生超过标称开断电流的情况，则将校核结果和相应的短路故障信息发送给EMS进行报警；否则，进行下一种短路故障类型的校核计算。

上述步骤（3）中，故障点可以设置在线路上的任意点。

上述步骤（3）中，静态计算分析方法是指，假设故障点的电压为额定电压，利用对称分量法求取故障点对地的正、负、零序等值阻抗电路，进而求得正、负、零序短路电流。

上述步骤（3）中，动态计算分析方法的步骤为：

（31）利用潮流计算方法算出短路故障前电力系统的运行状态，即由潮流计算得到各节点的电压及注入功率；

（32）算出电力系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；

（33）根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相应的电力网络方程；

（34）进行暂态过程计算，得到从0～t_max时间段内短路电流的数据。

上述步骤（3）中，短路故障类型包括单相接地，两相接地，两相相间故障不接地和三相故障。

上述步骤（4）的具体内容为：

（41）将断路器的电路图转换为阻抗电路形式；

（42）对阻抗电路中各节点的电压和流经各断路器的短路电流列电路方程式，构成方程组；

（43）求解方程组，得到流经各断路器的短路电流数据。

采用上述方案后，本发明从EMS实时获取电力系统的真实运行状态，进行各类短路故障的暂态分析计算，可以更加全面地给出电网各处短路电流的动态变化过程信息。相对于目前广泛采用的静态短路电流计算方法，动态计算方法无需对电力系统模型数据做大量的假设，并且可以考虑系统运行方式、潮流分布、负荷模型、发电机各类调节控制器等因素对短路电流的影响，因此其短路电流计算结果更加准确；另外，本发明可适应电网发展对断路器提出的更高要求，提高运行人员的工作效率，全面跟踪电网检修、运行情况，对于电网方式、切改方案、检修计划提出合理化建议，对于不满足断路器开断电流的运行方式快速地提出整改方案，对电网的安全稳定运行具有重要的意义。 

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中采用动态计算分析方法计算短路电流的流程图；

图3是本发明中对断路器电路进行转换前的示意图；

图4是本发明中对断路器电路进行转换后的示意图。

具体实施方式

配合图1所示，本发明提供一种断路器的开断电流在线校核方法，包括如下步骤：

（1）从EMS（Energy Management System，能量管理系统）实时获取全网量测数据，建立电网模型；

具体来说，EMS通过输出符合IEC 61970标准的CIM（Common Information Model：公共信息模型） XML（Extensible Markup Language：可扩展标记语言）文件来导出电网的模型，通过SVG（Scalable Vector Graphics：可缩放矢量图形）格式导出厂站图和潮流图，而SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition：数据采集与监视控制系统）数据以及状态估计结果数据通过易语言（一门计算机程序语言，以中文作为程序代码表达的语言形式）规范来进行输出。因此可通过导入前述CIM XML模型文件建立电网模型；可通过定时获取、手动获取等方式从EMS获取实时的全网量测数据，从而对电网模型进行更新，提高结果的准确性，此处所述的全网量测数据主要包括直调电厂的开、停机方式，线路运行情况等等；

（2）对前述全网量测数据进行可信度评估，并保留通过评估的数据；

所述可信度评估的标准包括变压器档位、发电机端电压、母线电压水平、线路潮流分布等，对不满足要求的结果数据提出告警，并记录数据评估失败的原因和时间，并发出告警，此处失败原因包括状态估计不收敛、枢纽母线电压不合格、联络线功率误差较大等；保留通过评估的数据，只有这些通过评估的数据才可用于短路电流计算；

（3）在电网中设置故障点，并对各故障点分别采用动态和静态计算分析方法，计算得到在各种短路故障类型下短路电流的数据；

短路故障类型主要包括单相接地，两相接地，两相相间故障不接地和三相故障；在设置故障点时，除了考虑母线，还可以在线路上的任意点设置故障，可以用距离线路首端百分比来表示。

在进行静态计算分析时，假设故障点的电压为额定电压，利用对称分量法求取故障点对地的正、负、零序等值阻抗电路，进而求得正、负、零序短路电流。

而动态计算分析方法的步骤可配合图2，具体为：

（31）利用潮流计算方法算出短路故障前电力系统的运行状态，即由潮流计算得到各节点的电压及注入功率；

（32）算出电力系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；

（33）根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相应的电力网络方程；

（34）进行暂态过程计算，得到从0～t_max时间段内短路电流的数据；假定暂态过程的计算已进行到t时刻，这时的x(t)和y(t)为已知量，在计算x(t+                                               

t)和y(t+t)时，应首先检查在t时刻电力系统有无故障或操作，如果有故障或操作，则需对微分或/和代数方程式进行修改，而且当故障或操作发生在电力网络内时，系统的运行参量y(t)可能发生突变，因此必须重新求解网络方程，以得到故障或操作后的运行参量y(t+0)；由于状态变量不会发生突变（因微分方程解对初值的连续依赖性），因此故障或操作前后的x(t)和x(t+0)相同；接下来进行微分-代数方程组一步的计算，根据x(t)和y(t)采用交替求解法或联立求解法得到x(t+

t)和y(t+

t)的值，时间向前推进

t，进行下一步的计算，直至到达预定的时刻t_max。这样，就得到了从0～t_max时间段内短路电流的数据。

（4）计算流经各断路器的短路电流；

在本实施例中，配合图3所示，示出了二分之三接线形式的断路器电路图，其中在两个节点O1、O2之间并接有两组断路器，其中断路器A1-A3依次串接，连接在节点O1、O2之间，断路器A4-A6也依次串接，连接在节点O1、O2之间，并在断路器A1、A2之间设置虚拟节点PO1，并引出线路L1，同理，断路器A2、A3之间设置虚拟节点PO2，并引出线路L2；而断路器A4与A5、断路器A5与A6之间分别设置虚拟节点PO3、PO4，并分别引出线路L3、L4；以下将对短路电流的计算过程进行详细说明：

（41）将图3所示的电路图转换为阻抗电路形式，见图4所示；

（42）对图4所示电路进行分析，节点O1的电压U1、节点O2的电压U2、流经线路L1的电流IL1、线路L2的电流IL2、线路L3的电流IL3、线路L4的电流IL4均已在前述步骤中求得，并假设虚拟节点PO1-PO4的电压分别为U3-U6，断路器A1-A6的阻抗分别为Z1~Z6，流经断路器A1-A6的短路电流分别为I1~I6，对各节点的电压和流经各断路器的短路电流列电路方程式，构成方程组如下：

其中，U1、U2、IL1、IL2、IL3、IL4、Z1-Z6为已知量，I1、I2、I3、I4、I5、I6、U3、U4、U5、U6为待求量。

（43）求解前述方程组，获得流经各个断路器的短路电流数据，由于它包含10个方程，10个未知数，故具有唯一解。

（5）将前述获得的流经各个断路器的短路电流数据与其标称开断电流进行比较，如果发生超过标称开断电流的情况，则将校核结果和相应的短路故障信息发送给EMS进行报警；否则，进行下一种短路故障类型的校核计算。

综合上述，本发明提供一种断路器的开断电流在线校核方法，重点在于分别采用动态和静态计算分析方法对电网中的各故障点进行短路电流计算，便于充分考虑电网的实际接线、电网的潮流、发电和负荷的水平、发电机及负荷的模型对短路电流的影响，使计算结果更加准确可信，适用于对断路器开断电流的实时在线校核。

以上仅为本发明例示，不能以此限定其保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种断路器的开断电流在线校核方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）从EMS实时获取全网量测数据，建立电网模型；

（2）对前述全网量测数据进行可信度评估，并保留通过评估的数据；

（3）在电网中设置故障点，并对各故障点分别采用动态和静态计算分析方法，计算得到在各种短路故障类型下短路电流的数据；

（4）计算流经各断路器的短路电流；

（5）将前述获得的流经各个断路器的短路电流数据与其标称开断电流进行比较，如果发生超过标称开断电流的情况，则将校核结果和相应的短路故障信息发送给EMS进行报警；否则，进行下一种短路故障类型的校核计算。

2.如权利要求1所述的断路器的开断电流在线校核方法，其特征在于：所述步骤（3）中，故障点可以设置在线路上的任意点。

3.如权利要求1所述的断路器的开断电流在线校核方法，其特征在于：所述步骤（3）中，静态计算分析方法是指，假设故障点的电压为额定电压，利用对称分量法求取故障点对地的正、负、零序等值阻抗电路，进而求得正、负、零序短路电流。

4.如权利要求1所述的断路器的开断电流在线校核方法，其特征在于：所述步骤（3）中，动态计算分析方法的步骤为：

（31）利用潮流计算方法算出短路故障前电力系统的运行状态，即由潮流计算得到各节点的电压及注入功率；

（32）算出电力系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；

（33）根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相应的电力网络方程；

（34）进行暂态过程计算，得到从0～t_max时间段内短路电流的数据。

5.如权利要求1所述的断路器的开断电流在线校核方法，其特征在于：所述步骤（4）的具体内容为：

（41）将断路器的电路图转换为阻抗电路形式；

（42）对阻抗电路中各节点的电压和流经各断路器的短路电流列电路方程式，构成方程组；

（43）求解方程组，得到流经各断路器的短路电流数据。

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