CN105071368A - 一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，断路器在参考信号最佳相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压；具体包括：通过控制单元，得到准确的电压过零点，作为控制的时间基准，结合介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间和断路器指令操作的延迟时间(α＞1)，计算时间基准点与某相发出合闸命令的延迟时间，同时根据电网三相电特征，计算其余两相断路器合闸的延迟时间。本发明解决了如何通过获取控制开关在参考信号中的最佳相角，并在该相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压的技术问题。

Description

一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法
技术领域
本发明涉及一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，属于电路系统操作过电压抑制技术领域。
背景技术
电力系统在运行过程中，由于线路的检修或故障等原因，将造成断路器的分合闸操作，使系统内部参数发生变化、改变电力系统正常的能量分布和传递，将在线路上产生内部过电压。产生内部过电压的原因很多，且参数的变化多种多样，因此过电压的特性也不尽相同，包括幅值、振荡频率、持续时间等，通常按产生原因不同可将内部过电压分为暂时过电压和操作过电压。暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，持续时间相对较长；操作过电压主要由断路器操作引起的电磁暂态过程中的过电压，一般持续时间在100ms以内。
目前，特高压线路操作过电压的抑制主要通过以下三种方法：断路器附加合闸电阻、线路安装避雷器和并联电抗器和柔性限制法；其中，前两种抑制措施在当前特高压输电系统中被广泛使用，但由于其在经济和可靠性等方面存在以下不足之处：(1)合闸电阻由于其复杂的结构和频繁的故障出现，不但增加了断路器的复杂性与成本，提高了系统投资与维修费用，而且其限压效果不稳定、分散性大；同时电阻消耗电能而产生大量的热能，对断路器自身的可靠性也有影响，因此越来越趋向于采用其他抑制过电压手段替代合闸电阻；(2)氧化锌避雷器和并联电抗器在使用中易出现以下不利现象：阀片容易受潮劣化，导致吸收过电压时温度升高产生有功损耗，形成热崩溃，严重时将导致避雷器损坏或爆炸，从而引发大面积停电事故，同时，避雷器和电抗器在操作过电压下的频繁动作也会缩短其使用寿命。
为了降低线路投资和增强输电可靠性，在满足操作过电压限制水平的前提下，应尽量降低合闸电阻和避雷器等附加设备的使用频率。柔性限制法主要是应用选相投切技术(又称相控技术)，控制断路器在最佳相位合分闸，以达到降低操作过电压的目的。对于减少线路建设成本、延长开关寿命、提高电能质量等方面，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何通过获取控制开关在参考信号中的最佳相角，并在该相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压。
本发明采用如下技术方案：一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，断路器在参考信号最佳相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压；具体包括：通过控制单元，得到准确的电压过零点，作为控制的时间基准，结合介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间和断路器指令操作的延迟时间(α＞1)，计算时间基准点与某相发出合闸命令的延迟时间，同时根据电网三相电特征，计算其余两相断路器合闸的延迟时间。
优选地，所述断路器相控抑制方法具体包括如下步骤：
步骤SS1标定断路器介质恢复强度曲线，读出断路器介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间记为t1，其中α＞1，进入步骤SS2；
步骤SS2测量断路器指令延迟时间t2，进入步骤SS3；
步骤SS3提取电压信号过零点时刻t0；包括如下步骤：SS31断路器两端电压信号采样输入；SS32信号去噪处理；SS33线性相位FIR滤波器滤波；SS34断路器两端电压过零点检测；
步骤SS4进行空载长线的合闸操作；
步骤SS5断路器选相合闸。
优选地，所述步骤SS1所述的标定断路器介质恢复强度曲线具体包括：通过断路器击穿试验，获得合闸过程中断路器在不同间隙下的击穿电压值，经过数据拟合，得到击穿电压与触头间隙距离的特征曲线，结合断路器的合闸速度，得到击穿电压与合闸时间的关系，即断路器合闸的伏秒特性曲线。
优选地，所述步骤SS2具体包括：从保护测控装置发出合闸命令或者重合闸命令，通过智能终端转换为硬接点输出至断路器操作箱，给断路器合闸线圈加正电压，断路器合闸；同时，断路器会把开合位置信息通过智能终端反馈给保护测控装置，故障录波器通过接入保护测控装置和智能终端信号可判断所述智能终端延时机械操作时间和电气动作时间，结合发出合闸命令的时间，计算出断路器指令延迟时间t2。
优选地，所述步骤SS3具体包括：采用硬件过零比较器采集断路器两端电压采样信号输入，所述断路器两端电压采样信号经去噪处理后，通过一个45Hz-55Hz的线性相位FIR滤波器进行滤波，保证采样信号过零点的唯一性，然后通过差值求波形过零点的时刻来求得采样信号的周期值；当采样周期值足够短时，信号过零处的正弦曲线可以近似为直线，从而利用线性差值计算过零点时刻t0；当滤波器输出y(n+l)和y(n)异号时，由线性插值可求得零点时刻式中t0为电压过零点时刻，tn为第n个数据y(n)的采样时刻；Ts为采样周期。
优选地，所述步骤SS4具体包括：保护测控装置实时监测电网电压信号，以接收到合闸命令之前的一个电压过零点为参考零点，经过(25-t1-t2)ms的延时时间，保护测控装置发出合闸命令，则该相断路器击穿点可躲过正向最大击穿点，记该相断路器为C相断路器。
优选地，所述步骤SS5具体包括：电力系统正常运行过程中，B相相位滞后A相120°，C相相位滞后B相120°，在C相断路器发出合闸指令的同时，再经过3.33ms的延时时间，发出B相断路器合闸指令，B相断路器两端电压即可躲过负向最大击穿点；再经过3.33ms的延时时间，发出A相断路器合闸指令，A相断路器两端电压即可躲过正向最大击穿点。
本发明所达到的有益效果：本发明实现了如何通过获取控制开关在参考信号中的最佳相角，并在该相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压，解决了在现有的抑制措施中结构复杂、造价昂贵、可靠性差、维护费用高等问题，具有减少线路建设成本，延长开关寿命，提高电能质量等优点，可以减少合闸电阻等设备的使用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明断路器在不同合闸相位下，第一次被正向击穿的曲线示意图。
图2为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的测量断路器指令延迟时间的流程示意图。
图3为本发明断路器三相同期合闸时，ABC三相击穿点分布曲线图。
图4为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的流程图。
图5为本发明的提取电压信号过零点时刻t0的流程图。
图6是本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1为本发明断路器在不同合闸相位下，第一次被正向击穿的曲线示意图，断路器合闸空载线路时，由于断路器在合闸空载线路瞬间，其所在系统的电压初相角通常是随机和不确定的，使得断路器击穿点电压也成随机分布，存在最大击穿点和理论最小击穿点。断路器在最小击穿点击穿时，工频电压曲线刚好躲过负向最大击穿点，所以最小击穿点电压跟断路器的击穿电压曲线有关，即断路器的介质恢复强度曲线决定了合闸操作过电压的大小。
图2为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的测量断路器指令延迟时间的流程示意图，当系统需要进行断路器分合闸操作时，保护测控装置发出合闸信号，通过智能终端转换为硬接点输出至断路器操作箱，给断路器合闸线圈加正电压，断路器合闸。同时，断路器会把开合位置信息通过智能终端反馈给保护测控装置，故障录波器通过接入保护测控装置和智能终端信号可判断智能终端延时和开关动作时间，结合发出合闸命令的时间，可计算出断路器指令延迟时间。
图3为本发明断路器三相同期合闸时，ABC三相击穿点分布曲线图，为了防止出现危害绝缘的过电压，保持电力系统的稳定，断路器操作空载长线时需要三相同期合闸。当C相断路器合闸时刚好躲过负向最大击穿点1，在点4处击穿，则B相断路器在点3处击穿，A相断路器在点2处击穿。A相断路器仍保持比较高的击穿点电压，所以，为了使断路器操作过电压在A、B、C相线路中均保持比较低的电压水平。
图4为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的流程图，本发明还提出一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，断路器在参考信号最佳相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压；具体包括：通过控制单元，得到准确的电压过零点，作为控制的时间基准，结合介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间和断路器指令操作的延迟时间(α＞1)，计算时间基准点与某相发出合闸命令的延迟时间，同时根据电网三相电特征，计算其余两相断路器合闸的延迟时间。
所述断路器相控抑制方法具体包括如下5个步骤。
步骤SS1标定断路器介质恢复强度曲线，读出断路器介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间记为t1，其中α＞1，进入步骤SS2；所述步骤SS1所述的标定断路器介质恢复强度曲线具体包括：通过断路器击穿试验，获得合闸过程中断路器在不同间隙下的击穿电压值，经过数据拟合，得到击穿电压与触头间隙距离的特征曲线，结合断路器的合闸速度，得到击穿电压与合闸时间的关系，即断路器合闸的伏秒特性曲线。
介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间(α＞1)，其中α为介质恢复强度曲线与断路器两端工频电压在t1时刻的比值。α越接近于1，击穿点电压越小，线路的操作过电压也越小，但对断路器介质恢复强度曲线的标定和指令延迟时间t2的测量要极其精确，实际测量过程中，可适当放宽。
步骤SS2测量断路器指令延迟时间t2，进入步骤SS3；所述步骤SS2具体包括：从保护测控装置发出合闸命令或者重合闸命令，通过智能终端转换为硬接点输出至断路器操作箱，给断路器合闸线圈加正电压，断路器合闸；同时，断路器会把开合位置信息通过智能终端反馈给保护测控装置，故障录波器通过接入保护测控装置和智能终端信号可判断所述智能终端延时机械操作时间和电气动作时间，结合发出合闸命令的时间，计算出断路器指令延迟时间t2。
步骤SS3提取电压信号过零点时刻t0；包括如下步骤：SS31断路器两端电压信号采样输入；SS32信号去噪处理；SS33线性相位FIR滤波器滤波；SS34断路器两端电压过零点检测；图5为本发明的提取电压信号过零点时刻t0的流程图。
所述步骤SS3具体包括：采用硬件过零比较器采集断路器两端电压采样信号输入，所述断路器两端电压采样信号经去噪处理后，通过一个45Hz-55Hz的线性相位FIR滤波器进行滤波，保证采样信号过零点的唯一性，然后通过差值求波形过零点的时刻来求得采样信号的周期值；当采样周期值足够短时，信号过零处的正弦曲线可以近似为直线，从而利用线性差值计算过零点时刻t0；当滤波器输出y(n+l)和y(n)异号时，由线性插值可求得零点时刻式中t0为电压过零点时刻，tn为第n个数据y(n)的采样时刻；Ts为采样周期。
步骤SS4进行空载长线的合闸操作；所述步骤SS4具体包括：保护测控装置实时监测电网电压信号，以接收到合闸命令之前的一个电压过零点为参考零点，经过(25-t1-t2)ms的延时时间，保护测控装置发出合闸命令，则该相断路器击穿点可躲过正向最大击穿点，记该相断路器为C相断路器。
步骤SS5断路器选相合闸；所述步骤SS5具体包括：电力系统正常运行过程中，B相相位滞后A相120°，C相相位滞后B相120°，在C相断路器发出合闸指令的同时，再经过3.33ms的延时时间，发出B相断路器合闸指令，B相断路器两端电压即可躲过负向最大击穿点；再经过3.33ms的延时时间，发出A相断路器合闸指令，A相断路器两端电压即可躲过正向最大击穿点，图6是本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的曲线图。
ABC三相断路器分别经过不同的延时时间合闸，能使操作过电压将至最低，但断路器的动作时间会有偏移，其分散程度与外部环境(如环境温度，压力等)有关。为了确定开关最恶劣的情况,要对开关的动作时间进行统计分析，进行大量的关合和开断试验以确定最大误差时间，并将其补偿。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，断路器在参考信号最佳相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压；具体包括：通过控制单元，得到准确的电压过零点，作为控制的时间基准，结合介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间和断路器指令操作的延迟时间(α＞1)，计算时间基准点与某相发出合闸命令的延迟时间，同时根据电网三相电特征，计算其余两相断路器合闸的延迟时间。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，所述断路器相控抑制方法具体包括如下步骤：
步骤SS1标定断路器介质恢复强度曲线，读出断路器介质恢复强度降至α倍系统电源电压等级的时间记为t1，其中α＞1，进入步骤SS2；
步骤SS2测量断路器指令延迟时间t2，进入步骤SS3；
步骤SS3提取电压信号过零点时刻t0；包括如下步骤：SS31断路器两端电压信号采样输入；SS32信号去噪处理；SS33线性相位FIR滤波器滤波；SS34断路器两端电压过零点检测；
步骤SS4进行空载长线的合闸操作；
步骤SS5断路器选相合闸。
3.根据权利要求2所述的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，所述步骤SS1所述的标定断路器介质恢复强度曲线具体包括：通过断路器击穿试验，获得合闸过程中断路器在不同间隙下的击穿电压值，经过数据拟合，得到击穿电压与触头间隙距离的特征曲线，结合断路器的合闸速度，得到击穿电压与合闸时间的关系，即断路器合闸的伏秒特性曲线。
4.根据权利要求2所述的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：从保护测控装置发出合闸命令或者重合闸命令，通过智能终端转换为硬接点输出至断路器操作箱，给断路器合闸线圈加正电压，断路器合闸；同时，断路器会把开合位置信息通过智能终端反馈给保护测控装置，故障录波器通过接入保护测控装置和智能终端信号可判断所述智能终端延时机械操作时间和电气动作时间，结合发出合闸命令的时间，计算出断路器指令延迟时间t2。
5.根据权利要求2所述的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：采用硬件过零比较器采集断路器两端电压采样信号输入，所述断路器两端电压采样信号经去噪处理后，通过一个45Hz-55Hz的线性相位FIR滤波器进行滤波，保证采样信号过零点的唯一性，然后通过差值求波形过零点的时刻来求得采样信号的周期值；当采样周期值足够短时，信号过零处的正弦曲线可以近似为直线，从而利用线性差值计算过零点时刻t0；当滤波器输出y(n+l)和y(n)异号时，由线性插值可求得零点时刻式中t0为电压过零点时刻，tn为第n个数据y(n)的采样时刻；Ts为采样周期。
6.根据权利要求2所述的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，所述步骤SS4具体包括：保护测控装置实时监测电网电压信号，以接收到合闸命令之前的一个电压过零点为参考零点，经过(25-t1-t2)ms的延时时间，保护测控装置发出合闸命令，则该相断路器击穿点可躲过正向最大击穿点，记该相断路器为C相断路器。
7.根据权利要求2所述的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其特征在于，所述步骤SS5具体包括：电力系统正常运行过程中，B相相位滞后A相120°，C相相位滞后B相120°，在C相断路器发出合闸指令的同时，再经过3.33ms的延时时间，发出B相断路器合闸指令，B相断路器两端电压即可躲过负向最大击穿点；再经过3.33ms的延时时间，发出A相断路器合闸指令，A相断路器两端电压即可躲过正向最大击穿点。
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