CN103326343A - 基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，提取真空断路器拉开电抗器时的波形，利用凯塞窗滤波分析处理，通过波形的振荡周期计算等效电容，并利用等效电容计算阻容抑制装置电容参数和电阻参数，能够有效的抑制真空断路器截流和重燃过电压，从而避免了并联电抗器内的等效回路剧烈电磁振荡，具有良好的应用前景。

Description

基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法

技术领域

本发明涉及一种基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，属于高电压输变电技术领域。

背景技术

目前，10kV和20kV的并联电抗器的投切均采用真空断路器，而35kV的并联电抗器的投切也少量使用真空断路器，真空断路器具有结构简单、灭弧能力强、可频繁操作、维护方便、安全可靠等优点，但是在利用其切除电抗器时却极易因截流、重燃而产生很高的操作过电压，对设备的安全稳定运行造成严重威胁。

近年来，多次发生真空断路器投切并联电抗器操作过电压导致所用变、母联开关闪络等故障，真空断路器切除电抗器操作过电压主要有截流过电压、复燃过电压和重燃过电压等情况，真空断路器在开断电抗器时，因真空断路器的灭弧能力强，会使电流强迫过零而产生截流，而并联电抗器的等效回路以电容、电感为主，这种等效回路的电压电流是不能突变的，截流必然引起等效回路剧烈电磁振荡，影响并联电抗器的正常工作，导致故障发生。

发明内容

为了克服现有技术中的真空断路器在开断电抗器时，会使电流强迫过零而产生截流，从而引起并联电抗器的等效回路剧烈电磁振荡，影响并联电抗器的正常工作，导致故障发生的问题。本发明的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，根据真空断路器投切电抗器时测录的波形，通过滤波分析，计算选择确定阻容装置的参数，设定后的阻容装置安全可靠，抑制截流过电压的效果明显，从而避免了并联电抗器内的等效回路剧烈电磁振荡，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1）提取真空断路器拉开电抗器时的电压波形，判断电压波形是否存在高频干扰，若存在，则进入步骤（2）处理；若不存在，则进入步骤（3）；

步骤（2）利用凯塞窗函数对存在高频干扰的电压波形进行滤波；

步骤（3）读取不存在高频干扰的电压波形的两相拉开后第一个峰值的时间和拉开后第二个峰值的时间之间的间隔，得到电抗器的振荡周期T；

步骤（4）根据公式（1），计算等效电容C₀，

$C_0=\frac{T^2}{4{\mathrm{\π}}^{2}L}---\left(1\right)$

其中，

L为电抗器电感，U_N为额定电压，f_N为额定频率，S_N为额定容量；

步骤（5）根据等效电容C₀，计算阻容抑制装置所需的电容参数C′和电阻参数R′；

步骤（6）将步骤（5）确定过电容参数C′和电阻参数R′的阻容抑制装置，并联在电抗器或母线上，实现抑制真空断路器截流和重燃过电压。

前述的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：步骤（2）利用凯塞窗函数对存在高频干扰的电压波形进行滤波的方法如下，将待滤除高频干扰的电压波形的波形图和频谱图结合起来，调节凯塞窗函数的参数设置，减少电压波形的衰减和相移，滤除不相关的频率含量，所述凯塞窗函数的参数设置包括调节衰减系数、通带和阻带的起始、截止频率范围。

前述的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：步骤（5）计算阻容抑制装置所需的电容参数C′，通过公式（2）计算得到的，

$C^{\′}=\frac{{T_0}^2}{{4\mathrm{\π}}^{2}L}-C_0$     公式（2）

其中，T₀为真空断路器加装阻容抑制装置后期望的振荡周期。

前述的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：步骤（5）计算阻容抑制装置所需的电阻参数R′，通过公式（3）计算得到的，

$R^{\′}=\frac{1}{\sqrt{3}}(1+C_0/C^{\′})\sqrt{L/C_0}$     公式（3）。

本发明的有益效果是：本发明的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，提取真空断路器拉开电抗器时的波形，利用凯塞窗滤波分析处理，通过波形的振荡周期计算等效电容，并利用等效电容计算阻容抑制装置电容参数和电阻参数，能够有效的抑制真空断路器截流和重燃过电压，从而避免了并联电抗器内的等效回路剧烈电磁振荡，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法的流程图。

图2是本发明的读取电抗器的振荡周期的示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，首先提取真空断路器拉开电抗器时的波形，利用凯塞窗滤波分析处理，通过波形的振荡周期计算等效电容，并利用等效电容计算阻容抑制装置电容参数和电阻参数，能够有效的抑制真空断路器截流和重燃过电压，具体实现步骤如下，

步骤（1）提取真空断路器拉开电抗器时的电压波形，判断电压波形是否存在高频干扰，若存在，则进入步骤（2）处理；若不存在，则进入步骤（3）；

步骤（2）利用凯塞窗函数滤除电压波形的高频干扰，凯塞窗函数w(k)时域形式可表示为：

$w\left(k\right)=\frac{I_0\left[\mathrm{\β}\sqrt{{1-(1-\frac{2k}{N-1})}^2}\right]}{I_0\left(\mathrm{\β}\right)}$  0≤k≤N-1    公式（4）

其中，k为自变量，I₀(β)是第1类变形零阶贝塞尔函数，N为窗函数长度，β是窗函数的形状参数，由下式确定：

$\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{cc}0.1102(\mathrm{\&alpha;}-8.7),& \mathrm{\&alpha;}>50\\ 0.5482{(\mathrm{\&alpha;}-21)}^{0.4}+0.07886(\mathrm{\&alpha;}-21),& 21\&le;\mathrm{\&alpha;}\&le;50\\ 0,& \mathrm{\&alpha;}<21\end{array}\right.$     公式（5）

其中，α为凯塞窗函数的主瓣值和旁瓣值之间的差值(dB)；改变β的取值，可以对主瓣宽度和旁瓣衰减进行自由选择；β的值越大，窗函数频谱的旁瓣值就越小，而其主瓣宽度就越宽。

运用凯塞窗函数对提取出的波形进行频谱分析及高低频段的滤波，将滤除高频干扰的电压波形的波形图和频谱图结合起来调节参数设置，通过观察滤波后时域波形图的幅值变化判断波形衰减和相移的程度，从而调节衰减系数，同时结合频谱图中主瓣和旁瓣的大小调节通带和阻带的起始、截止频率范围，从而减少波形的衰减和相移，以及滤除不相关的频率含量，最终得到滤除高频干扰后的波形图；

步骤（3），如图2所示，读取不存在高频干扰电压波形的两相拉开后第一个峰值的时间和拉开后第二个峰值的时间之间的间隔，得到电抗器的振荡周期T；

步骤（4）根据振荡周期T，代入公式（1），计算等效电容C₀，

$C_0=\frac{T^2}{4{\mathrm{\&pi;}}^{2}L}---\left(1\right)$

其中，

L为电抗器电感，U_N为额定电压，f_N为额定频率，S_N为额定容量；

步骤（5）根据等效电容C₀，计算阻容抑制装置所需的电容参数C′和电阻参数R′，选择考虑频率和常规电容取值范围，计算阻容抑制装置所需的电容参数C′，通过公式（2）计算得到的，

$C^{\&prime;}=\frac{{T_0}^2}{{4\mathrm{\&pi;}}^{2}L}-C_0$     公式（2）

其中，T₀为加装阻容抑制装置后期望的振荡周期；

电阻参数R′的选择考虑能量吸收、振荡频率和常规范围，计算阻容抑制装置所需的电阻参数R′，通过公式（3）计算得到的，

$R^{\&prime;}=\frac{1}{\sqrt{3}}(1+C_0/C^{\&prime;})\sqrt{L/C_0}$     公式（3）

步骤（6）将确定电容参数C′和电阻参数R′的阻容抑制装置，并联在电抗器或母线上，能够有效的实现抑制真空断路器截流和重燃过电压，从而避免了并联电抗器内的等效回路剧烈电磁振荡，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1）提取真空断路器拉开电抗器时的电压波形，判断电压波形是否存在高频干扰，若存在，则进入步骤（2）处理；若不存在，则进入步骤（3）；

步骤（2）利用凯塞窗函数对存在高频干扰的电压波形进行滤波；

步骤（3）读取不存在高频干扰的电压波形的两相拉开后第一个峰值的时间和拉开后第二个峰值的时间之间的间隔，得到电抗器的振荡周期T；

步骤（4）根据公式（1），计算等效电容C₀，

$C_0=\frac{T^2}{4{\mathrm{\&pi;}}^{2}L}---\left(1\right)$

其中，

L为电抗器电感，U_N为额定电压，f_N为额定频率，S_N为额定容量；

步骤（5）根据等效电容C₀，计算阻容抑制装置所需的电容参数C′和电阻参数R′；

步骤（6）将步骤（5）确定过电容参数C′和电阻参数R′的阻容抑制装置，并联在电抗器或母线上，实现抑制真空断路器截流和重燃过电压。

2.根据权利要求1所述的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：步骤（2）利用凯塞窗函数对存在高频干扰的电压波形进行滤波的方法如下，将待滤除高频干扰的电压波形的波形图和频谱图结合起来，调节凯塞窗函数的参数设置，减少电压波形的衰减和相移，滤除不相关的频率含量，所述凯塞窗函数的参数设置包括调节衰减系数、通带和阻带的起始、截止频率范围。

3.根据权利要求1所述的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：步骤（5）计算阻容抑制装置所需的电容参数C′，通过公式（2）计算得到的，

$C^{\&prime;}=\frac{{T_0}^2}{{4\mathrm{\&pi;}}^{2}L}-C_0$     公式（2）

其中，T₀为真空断路器加装阻容抑制装置后期望的振荡周期。

4.根据权利要求1所述的基于波形分析的真空断路器截流抑制的方法，其特征在于：步骤（5）计算阻容抑制装置所需的电阻参数R′，通过公式（3）计算得到的，

$R^{\&prime;}=\frac{1}{\sqrt{3}}(1+C_0/C^{\&prime;})\sqrt{L/C_0}$     公式（3）。

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