CN111244907A - 一种变电站内断路器的开断时序控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电站内断路器的开断时序控制方法及系统，包括：确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流；根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器；当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。本发明可以有效的降低站内故障发生时的短路电流，使断路器可以有效开断，及时清除故障，避免了因幅值较高的短路电流长时间存在，导致损坏站内设备，从而导致系统崩溃的问题的出现。

Description

一种变电站内断路器的开断时序控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统领域，并且更具体地，涉及一种变电站内断路器的开断时序控制方法及系统。
背景技术
随着电网规模的不断扩大、主网架的电力输送能力大幅度提高，各枢纽站点的短路电流水平也急剧升高。部分厂、站的断路器遮断容量已明显不能满足系统要求，当系统发生短路故障时，可能面临断路器无法开断短路电流的问题。与此同时，站内的电力设备也必须承载更大的热应力和电动力，对设备的热稳定和动稳定的要求也相应提高。这一问题严重影响电网运行的安全可靠性，也成为制约电力系统发展的重要因素。通过提升变电站的断路器额定遮断电流水平，实现断路器在大短路电流情况下对故障的隔离是一种解决方法，不过该方法需要对变电站内的断路器进行改造，实现的成本高且工程量大，并且现有断路器的技术水平仍然无法达到所有要求。目前，国内外电力系统主要从电网结构、运行方式和限流设备三方面着手限制短路电流，例如：系统分层分区、母线分段运行、中性点加装小电抗和加装限流装置等，但上述方法均存在技术上和经济上的问题。
因此，需要一种站内断路器开断时序的控制方法，以克服变电站内因短路电流超标，导致断路器无法开断的问题。
发明内容
本发明提出一种变电站内断路器的开断时序控制方法及系统，以解决如何克服变电站内因短路电流超标，导致断路器无法开断的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种变电站内断路器的开断时序控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；其中，所述变电站包括：多个完整的出线串，每个出线串包括：三个断路器和两条出线；
根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流；
根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器，目标断路器所在的出线串为目标出线串；
当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。
优选地，其中所述预设的目标断路器选取策略，包括：
若某个出线串上的断路器满足：IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin，并且IM2-Ia1＜Ikmin，则确定该出线串上的断路器为目标断路器，该出线串为目标出线串；
其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
优选地，其中所述当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，包括：
当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；
当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器。
优选地，其中所述预设时间阈值为20ms。
根据本发明的另一个方面，提供了一种变电站内断路器的开断时序控制系统，所述系统包括：
运行方式和拓扑结构确定单元，用于确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；其中，所述变电站包括：多个完整的出线串，每个出线串包括：三个断路器和两条出线；
短路电流确定单元，用于根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流；
目标断路器确定单元，用于根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器，目标断路器所在的出线串为目标出线串；
断路器动作时序控制单元，用于当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。
优选地，其中所述预设的目标断路器选取策略，包括：
若某个出线串上的断路器满足：IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin，并且IM2-Ia1＜Ikmin，则确定该出线串上的断路器为目标断路器，该出线串为目标出线串；
其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
优选地，其中所述断路器动作时序控制单元，当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，包括：
当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；
当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器。
优选地，其中所述预设时间阈值为20ms。
本发明提供了一种变电站内断路器的开断时序控制方法及系统，在现有站内设备的基础上，利用断路器开断时序的控制，限制断路器开断时的短路电流，弥补了已有方法实施复杂、成本高的缺陷，大大增加了系统运行的可靠性、安全性和灵活性；可以有效的降低站内故障发生时的短路电流，使断路器可以有效开断，及时清除故障，避免了因幅值较高的短路电流长时间存在，导致损坏站内设备，从而导致系统崩溃的问题的出现。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的变电站内断路器的开断时序控制方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的双母线变电站接线方式的示意图；
图3为根据本发明实施方式的限制变电站短路电流的流程图；以及
图4为根据本发明实施方式的变电站内断路器的开断时序控制系统400的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的变电站内断路器的开断时序控制方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的变电站内断路器的开断时序控制方法，在现有站内设备的基础上，利用断路器开断时序的控制，限制断路器开断时的短路电流，弥补了已有方法实施复杂、成本高的缺陷，大大增加了系统运行的可靠性、安全性和灵活性；可以有效的降低站内故障发生时的短路电流，使断路器可以有效开断，及时清除故障，避免了因幅值较高的短路电流长时间存在，导致损坏站内设备，从而导致系统崩溃的问题的出现。本发明实施方式提供的变电站内断路器的开断时序控制方法100从步骤101处开始，在步骤101确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；其中，所述变电站包括：多个完整的出线串，每个出线串包括：三个断路器和两条出线。
图2为根据本发明实施方式的双母线变电站接线方式的示意图。如图2所示，该变电站有M1和M2两条母线，n个完整的3/2接线串。其中第i条接线串上靠近母线M1的断路器记为Ci1，该断路器控制的出线记为Li1；靠近母线M2的断路器记为Ci3，该断路器控制的出线记为Li2，该串的中断路器记为Ci2(i＝1，2，……，n),以此确定系统运行方式及拓扑结构。
在步骤102，根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流。
在步骤103，根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器，目标断路器所在的出线串为目标出线串。
优选地，其中所述预设的目标断路器选取策略，包括：
若某个出线串上的断路器满足：IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin，并且IM2-Ia1＜Ikmin，则确定该出线串上的断路器为目标断路器，该出线串为目标出线串；
其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
在本发明的实施方式中，需要选取一条出线串上的断路器Ca1、Ca2和Ca3作为该方法控制的目标断路器。遵循的目标断路器选取策略如下：该出线串上的两条出线分支短路电流应足够大，使得母线短路电流减去相邻该母线的出线以及远离该母线的出线提供的分支短路电流后小于所有断路器最小遮断电流，即IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin并且IM2-Ia1＜Ikmin；其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
在步骤104，当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。
优选地，其中所述当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，包括：
当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；
当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器。
优选地，其中所述预设时间阈值为20ms。
在本发明的实施方式中，当发生短路故障时，向选择的目标控制断路器优先发送动作信号，20ms后向后续动作的断路器发送动作信号，以此确保目标控制断路器先于后续动作的断路器动作，保证了短路电流的限制效果。
图3为根据本发明实施方式的限制变电站短路电流的流程图。如图3所示，当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器，短路故障切除后即可恢复系统的正常供电。
以图2为例，具体地，当母线M1发生短路故障时，先断开第a条接线串的中断路器Ca2，再断开靠近该母线的边断路器。考虑到不同断路器动作过程的分散性，分为以下3种情况：1)边断路器Ca1最先断开；2)边断路器Ca1最后断开；3)边断路器Ca1既非最先断开，也非最后断开。
当母线M1发生短路故障，Ca1非最后断开，即第1、3种情况时，此时Ca1开断的短路电流仅为出线La1的分支短路电流Ia1。其他靠近母线M1的边断路器中最后断开的断路器需要承受最大的短路电流最大，为出线La1被隔离后短路的电流，即IM1-Ia1。同理当母线M2发生短路故障时，断路器承受的最大短路电流为IM2-Ia2。
当母线M1发生短路故障，Ca1最后断开，即第2种情况时，此时倒数第2个断开的断路器需要承受的短路电流最大，为出线Li1被隔离后短路电流，即IM1-Ia1。同理当母线M2发生短路故障时，断路器承受的最大短路电流为IM2-Ia2。
当出线Li1(i＝1，2，……，n)发生短路时，先断开Ca3，此时断路器开断的短路电流小于出线Li2的分支短路电流Ia2。之后再断开Ca1和Ca2，此时断路器开断的最大电流为IM1-Ia2。当出线Li2发生短路故障时，先断开Ca1，此时断路器开断的短路电流小于出线Li1的分支短路电流Ia1。之后再断开Ca3和Ca2，此时断路器开断的最大电流为IM2-Ia1。
综上，由于IM1-Ia1＜Ikmin；IM2-Ia2＜Ikmin；IM1-Ia2＜Ikmin；IM2-Ia1＜Ikmin，本发明实施方式所提供的方法达到了降低断路器开断短路电流的效果。
图4为根据本发明实施方式的变电站内断路器的开断时序控制系统400的结构示意图。如图4所示，本发明实施方式提供的变电站内断路器的开断时序控制系统400，包括：运行方式和拓扑结构确定单元401、短路电流确定单元402、目标断路器确定单元403和断路器动作时序控制单元404。
优选地，所述运行方式和拓扑结构确定单元401，用于确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；其中，所述变电站包括：多个完整的出线串，每个出线串包括：三个断路器和两条出线。
优选地，所述短路电流确定单元402，用于根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流。
优选地，所述目标断路器确定单元403，用于根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器，目标断路器所在的出线串为目标出线串。
优选地，其中所述预设的目标断路器选取策略，包括：
若某个出线串上的断路器满足：IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin，并且IM2-Ia1＜Ikmin，则确定该出线串上的断路器为目标断路器，该出线串为目标出线串；
其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
优选地，所述断路器动作时序控制单元404，用于当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。
优选地，其中所述断路器动作时序控制单元，当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，包括：
当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；
当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器。
优选地，其中所述预设时间阈值为20ms。
本发明的实施例的变电站内断路器的开断时序控制系统400与本发明的另一个实施例的变电站内断路器的开断时序控制方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变电站内断路器的开断时序控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；其中，所述变电站包括：多个完整的出线串，每个出线串包括：三个断路器和两条出线；
根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流；
根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器，目标断路器所在的出线串为目标出线串；
当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的目标断路器选取策略，包括：
若某个出线串上的断路器满足：IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin，并且IM2-Ia1＜Ikmin，则确定该出线串上的断路器为目标断路器，该出线串为目标出线串；
其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，包括：
当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；
当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时间阈值为20ms。
5.一种变电站内断路器的开断时序控制系统，其特征在于，所述系统包括：
运行方式和拓扑结构确定单元，用于确定变电站的系统运行方式和拓扑结构；其中，所述变电站包括：多个完整的出线串，每个出线串包括：三个断路器和两条出线；
短路电流确定单元，用于根据确定的运行方式和拓扑结构，确定短路故障下站内的第一母线的短路电流、第二母线的短路电流、每个出线串中每条出线的分支短路电流，以及所有断路器的最小遮断电流；
目标断路器确定单元，用于根据预设的目标断路器选取策略确定目标断路器，目标断路器所在的出线串为目标出线串；
断路器动作时序控制单元，用于当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，并在预设时间阈值后发送动作信号至其他的断路器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述预设的目标断路器选取策略，包括：
若某个出线串上的断路器满足：IM1-Ia1＜Ikmin，IM2-Ia2＜Ikmin，IM1-Ia2＜Ikmin，并且IM2-Ia1＜Ikmin，则确定该出线串上的断路器为目标断路器，该出线串为目标出线串；
其中，IM1为第一母线的短路电流；IM2为第二母线的短路电流；Ia1为靠近第一母线侧的第一出线的分支短路电流；Ia2为靠近第二母线侧的第二出线的支短路电流；Ikmin为所有断路器的最小遮断电流。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述断路器动作时序控制单元，当所述变电站发生故障时，按照预设的断路器动作时序发送动作信号至目标断路器，包括：
当检测到变电站母线发生短路时，依次按照断开中断路器、边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器；
当检测到某条出线发生短路时，依次按照断开该出线的对侧边断路器、中断路器、该出线侧对应的边断路器的顺序发送动作信号，以断开目标出线串上的目标断路器。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述预设时间阈值为20ms。
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