CN107370136B - 一种基于rc串联的快速暂态过电压抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，对待控制线路进行仿真，确定线路变压器端、隔离开关端以及变压器侧隔离开关端连接串联RC支路时变压器、隔离开关以及母线处的电路峰值，根据抑制要求选择抑制电路连接的位置，在选择的位置处进行不同取值的RC串联支路的抑制效果的模拟，确定抑制效果最优的范围作为RC的电容值和电阻。本发明能够保证有效的降低VFTO的峰值，相较于传统并联RC支路的抑制方法有功损耗更低。通过仿真验证了该方法的有效性。

Description

一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法

技术领域

本发明涉及一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法。

背景技术

GIS中隔离开关、断路器的分合操作以及带电线路对地放电会产生快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,简称VFTO)。VFTO会对GIS内部绝缘造成危害，使绝缘子表面闪络电压明显下降，加快绝缘的老化。同时VFTO会对GIS装置外部电气设备绝缘造成危害，传输到外部电气设备上的VFTO会影响线路相连的电力变压器、电压互感器、检测和检测设备，VFTO与壳体的耦合会造成暂态地电位升高和壳体暂态电位升高。

目前针对VFTO较高的问题，具有一些抑制措施，其中大多涉及隔离开关本身或者GIS设计制造的问题，比如触头的分合闸速度、增加触头间的不对称度(如不对称度为15％)以降低残余电荷、接地开关泄放残余电荷等。在线路方面，通常使用接入并联的RC支路来抑制线路中的VFTO的方法。但是并联RC抑制VFTO存在着有抑制效果差、有功损耗大等问题。采用RC串联的VFTO抑制方法可以提高对过电压的抑制效果，减少有功损耗，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，本发明通过在线路的变压器端、隔离开关端以及变压器侧隔离开关端连接串联RC支路，来抑制线路中的快速暂态过电压。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，对待控制线路进行仿真，确定线路变压器端、隔离开关端以及变压器侧隔离开关端连接串联RC支路时变压器、隔离开关以及母线处的电路峰值，根据抑制要求选择抑制电路连接的位置，在选择的位置处进行不同取值的RC串联支路的抑制效果的模拟，确定抑制效果最优的范围作为RC的电容值和电阻。

进一步的，根据串联RC支路分别接在不同位置时，变压器、隔离开关以及母线处的电路峰值，以得到串联RC支路连接位置对于不同点处快速暂态过电压的抑制效果。

进一步的，在仿真中，保持串联RC支路的电容值不变，改变电阻值，确定线路各处快速暂态过电压峰值随电阻值不同的变化规律。

进一步的，在仿真中，保持串联RC支路的电阻值不变，改变电容值，确定线路各处快速暂态过电压峰值随电容值不同的变化规律。

进一步的，改变串联RC支路的个数，使其接在变压器端、隔离开关端和/或变压器侧隔离开关时线路各处快速暂态过电压峰值情况，以更好的确定RC值推荐范围。

进一步的，在RC支路加入投切开关使仅在线路故障时投入电路使用，以减少RC串联支路消耗的有功功率。

进一步的，基于仿真研究结果，以对变压器处的过电压峰值抑制效果为串联RC支路连接位置的选择依据。无论出线数目是一条、两条还是三条，当串联RC支路连接在隔离开关端时，对变压器处的过电压抑制效果都优于其他位置，抑制效果受到电阻电容值得影响，抑制效果最佳的电阻电容得取值范围是：R＝100Ω-500Ω，C＝0.01μF-0.1μF，此时变压器处的过电压仅为1p.u.。而当串联RC支路安装在变压器端和变压器侧隔离开关，电阻R取0Ω，电容C取0.5μF-1μF，对变压器处的过电压抑制效果较好，但变压器处的过电压未达到1p.u.，相应的抑制效果最佳的电阻电容取值范围发生改变，同时相对于连接隔离开关处的电阻电容取值范围缩小。

在线路故障时，在断路器跳开之后，投切开关闭合，隔离开关断开；当回复供电时，先闭合隔离开关，在闭合投切开关，再闭合断路器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的提出一种基于RC串联的VFTO抑制方法以降低线路中VFTO的峰值，确保线路正常工作。

本发明能够保证有效的降低VFTO的峰值，相较于传统并联RC支路的抑制方法有功损耗更低。通过仿真验证了该方法的有效性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1本发明接在变压器端时仿真电路图；

图2 RC串联支路接在变压器端，固定电阻值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电容值的变化图；

图3 RC串联支路接在变压器端，固定电容值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电阻值的变化图；

图4 RC并联支路接在变压器端，固定电阻值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电容值的变化图；

图5 RC并联支路接在变压器端，固定电容值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电阻值的变化图；

图6本发明接在隔离开关端时仿真电路图；

图7 RC串联支路接在隔离开关端，固定电阻值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电容值的变化图；

图8 RC串联支路接在隔离开关端，固定电容值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电阻值的变化图；

图9 RC并联支路接在隔离开关端，固定电阻值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电容值的变化图；

图10 RC并联支路接在隔离开关端，固定电容值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电阻值的变化图；

图11本发明接在变压器侧隔离开关端时仿真电路图；

图12 RC串联支路接在变压器侧隔离开关端，固定电阻值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电容值的变化图；

图13 RC串联支路接在变压器侧隔离开关端，固定电容值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电阻值的变化图；

图14 RC并联支路接在变压器侧隔离开关端，固定电阻值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电容值的变化图；

图15 RC并联支路接在变压器侧隔离开关端，固定电容值时，变压器、隔离开关以及母线处峰值随不同电阻值的变化图；

图16一条出线情况下RC串联接支路接在变压器端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图17两条出线情况下RC串联接支路接在变压器端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图18三条出线情况下RC串联接支路接在变压器端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图19(a)～(b)一条出线时RC串联接支路接在隔离开关端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图20(a)～(b)一条出线时RC串联接支路接在隔离开关端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图21(a)～(b)一条出线时RC串联接支路接在隔离开关端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图22一条出现时RC串联接支路接在变压器侧隔离开关端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图23一条出现时RC串联接支路接在变压器侧隔离开关端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图24一条出现时RC串联接支路接在变压器侧隔离开关端时，在不同电阻和电容值组合下的变压器电压峰值变化图；

图25投切开关连接位置图；

图26本发明方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在目前的针对VFTO的措施涉及隔离开关本身或者GIS设计制造的问题，比如触头的分合闸速度、增加触头间的不对称度(如不对称度为15％)以降低残余电荷、接地开关泄放残余电荷等不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于RC串联的VFTO过电压抑制方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图26所示，一种基于RC串联的VFTO抑制方法：包括根据不同抑制效果需要RC串联支路的连接位置，以及在不同连接方法下最优电阻值和电容值的选择。本发明能够有效降低线路中VFTO的取值，同时具有较小的有功损耗。使用投切开关可以进一步降低RC支路的有功损耗。

其中，RC支路的连接方法和位置选取方法，其依据是：

当RC支路连接在某处，可以降低此处的VFTO峰值，但有可能使其他位置的VFTO峰值增加。

其中，当RC串联接在变压器端时，为了得到在固定R值下，RC支路对VFTO峰值的抑制效果，仿真中R＝100Ω固定不变，图形结果如图2所示。为了得到固定电容值时的电阻值对RC支路的影响，假定C＝0.1uF，图形结果如图3所示。

当RC并联接在变压器端时，为了得到在固定R值下，RC支路对VFTO峰值的抑制效果，仿真中R＝100Ω固定不变，图形结果如图4所示。为了得到固定电容值时的电阻值对RC支路的影响，假定C＝0.1uF，图形结果如图5所示。

当RC串联接在隔离开关端时，为了得到在固定R值下，RC支路对VFTO峰值的抑制效果，仿真中R＝100Ω固定不变，图形结果如图7所示。为了得到固定电容值时的电阻值对RC支路的影响，假定C＝0.1uF，图形结果如图8所示。

当RC并联接在隔离开关端时，为了得到在固定R值下，RC支路对VFTO峰值的抑制效果，仿真中R＝100Ω固定不变，图形结果如图9所示。为了得到固定电容值时的电阻值对RC支路的影响，假定C＝0.1uF，图形结果如图10所示。

当RC串联接在变压器侧隔离开关端时，为了得到在固定R值下，RC支路对VFTO峰值的抑制效果，仿真中R＝100Ω固定不变，图形结果如图12所示。为了得到固定电容值时的电阻值对RC支路的影响，假定C＝0.1uF，图形结果如图13所示。

当RC并联接在在变压器侧隔离开关端时，为了得到在固定R值下，RC支路对VFTO峰值的抑制效果，仿真中R＝100Ω固定不变，图形结果如图14所示。为了得到固定电容值时的电阻值对RC支路的影响，假定C＝0.1uF，图形结果如图15所示。

由可得，RC串联接变压器端，应该存在一个RC范围使变压器处VFTO降低。RC并联接变压器端，变压器处VFTO降低明显，但有些取值使其他处VFTO有较大升高。RC串联接隔离开关端，有些取值能够使各处的VFTO均下降。RC并联接隔离开关端，有些取值使变压器及母线处的VFTO升高明显，可能选取较小电阻，较大电容有利于降低VFTO。RC串联接变压器侧隔离开关端，各处的VFTO均有下降，应该存在较优的RC范围。RC并联接变压器侧隔离开关端，各处的VFTO均有下降，C越大，R越小，VFTO降低越明显。

为了进一步确定在不同连接位置下，RC串联支路对VFTO效果的抑制效果，仿真了几组RC组合形式。首先对于在一条出线情况下，RC串联支路连接在变压器侧的情况，结果如表1所示，表中V代表VFTO峰值(MV)。图形结果如图16所示。VFTO的最低点为最优值，此处根据仿真结果，得出推荐值为：R＝50Ω，C＝0.005uF。

表1 RC串联组合接在变压器端常见RC组合形式

在出线数目为两条、三条情况下，连接在变压器侧的RC串联支路的抑制效果的仿真结果如图17和图18所示。综合分析如上情况下的仿真结果，可得出在固定R值不变时，随着C值的增加，VFTO先减小后增大，当C值较大时，VFTO会超过不加RC支路时的情况，R越小，对VFTO的抑制效果越好。进一步可以得到具有较好抑制效果的RC范围：R为0-100Ω，C为0.005-0.05uF；当R较小时，C的取值范围可以向右扩展。

在一条出线的情况下，RC串联组合接在隔离开关端时的仿真结果如表2所示。图形结果如图19(a)～(b)所示。根据仿真结果，得出抑制效果最佳的推荐值为R＝50Ω，C大于0.005uF。RC的推荐比值为

表2 RC串联组合接在隔离开关端常见RC组合形式

在出线数目为两条、三条情况下，连接在隔离开关端的RC串联支路的抑制效果的仿真结果如图20(a)～(b)和图21(a)～(b)所示。综合分析如上情况下的仿真结果，可以得出，R的大小对VFTO最大抑制效果影响不明显，最大抑制效果为1p.u，因此R取值应当较大。进一步得出具有较好抑制效果的RC范围：R为50-5000Ω，C为0.005-0.1uF，当R较大时，C的取值区间可以向右扩展。

RC串联组合接在变压器侧隔离开关端时结果如表3所示。图形结果如图22所示。根据仿真结果，得出抑制效果最佳的推荐值为R＝50Ω，C＝0.01uF。

表3 RC串联组合接在变压器侧隔离开关端常见RC组合形式

在出线数目为两条、三条情况下，连接在变压器侧隔离开关端的RC串联支路的抑制效果的仿真结果如图23和图24所示。综合分析如上结果可以得出，存在一个RC范围是VFTO降低，此范围中，R越小越能达到良好的抑制效果，对应的C越大。进一步得出抑制效果较好的RC取值范围：R为0-10Ω时，C为0.005-0.5uF。

总得来说，连接在隔离开关端对变压器、母线端以及隔离开关处的VFTO峰值抑制效果最好，但是抑制效果随着不同的RC组合的取值而变化，具体采用哪种连接方式，应考虑线路连接方式和RC的取值。

其中，投切开关的连接方法如图25所示，动作顺序为：在线路故障时，在断路器跳开之后，投切开关闭合，隔离开关断开；当回复供电时，先闭合隔离开关，在闭合投切开关，再闭合断路器。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：对待控制线路进行仿真，确定线路变压器端、隔离开关端以及变压器侧隔离开关端连接串联RC支路时变压器、隔离开关以及母线处的电路峰值，根据抑制要求选择抑制电路连接的位置，在选择的位置处进行不同取值的RC串联支路的抑制效果的模拟，确定抑制效果最优的范围作为RC的电容值和电阻；

在RC支路加入投切开关使仅在线路故障时投入电路使用，以减少RC串联支路消耗的有功功率。

2.如权利要求1所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：根据串联RC支路分别接在不同位置时，变压器、隔离开关以及母线处的电压峰值，以得到串联RC支路连接位置对于不同点处快速暂态过电压的抑制效果。

3.如权利要求1所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：在仿真中，保持串联RC支路的电容值不变，改变电阻值，确定线路各处快速暂态过电压峰值随电阻值不同的变化规律。

4.如权利要求1所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：在仿真中，保持串联RC支路的电阻值不变，改变电容值，确定线路各处快速暂态过电压峰值随电容值不同的变化规律。

5.如权利要求1所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：改变串联RC支路的个数，使其接在变压器端、隔离开关端和/或变压器侧隔离开关时线路各处快速暂态过电压峰值情况，以更好的确定RC值推荐范围。

6.如权利要求1所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：在线路故障时，在断路器跳开之后，投切开关闭合，隔离开关断开；当恢复供电时，先闭合隔离开关，再断开投切开关，再闭合断路器。

7.如权利要求1所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：基于仿真研究结果，以对变压器处的过电压峰值抑制效果为串联RC支路连接位置的选择依据。

8.如权利要求7所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：无论出线数目是一条、两条还是三条，当串联RC支路连接在隔离开关端时，对变压器处的过电压抑制效果都优于其他位置，抑制效果受到电阻电容值得影响，抑制效果最佳的电阻电容得取值范围是：R＝100Ω-500Ω，C＝0.01μF-0.1μF。

9.如权利要求7所述的一种基于RC串联的快速暂态过电压抑制方法，其特征是：当串联RC支路安装在变压器端和变压器侧隔离开关，电阻R取0Ω，电容C取0.5μF-1μF。