CN111610439B - 高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法，属于电网短路开断与智能测控技术领域。所述控制方法包括：将大电网网架分割为计算区域和外部区域；扫描形成计算区域内的各个节点的正序网络、负序网络以及零序网络；采用电磁暂态计算的方法获取每个节点的短路电流和直流时间常数；判断短路电流是否大于或等于节点对应的额定短路电流；在判断短路电流小于短路电流的情况下，判断直流时间常数是否小于或等于额定直流时间常数；在判断直流时间常数大于额定直流时间常数的情况下，对断路器的开断能力进行校核；判断开断能力是否大于短路电流；在判断开断能力小于或等于短路电流的情况下，采用选项开断控制方法控制断路器。

Description

高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法

技术领域

本发明涉及电网短路开断与智能测控技术领域，具体地涉及一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法。

背景技术

随着我国电力系统中发电机容量、变压器容量的不断增大，以及输电线路电压等级的不断提高，使得系统的短路电流大于或接近高压交流断路器的额定开断能力。目前，针对短路电流问题采用高阻抗变压器、串抗等限流措施，将短路电流限制在额定开断能力范围内，但这将导致短路节点处的电抗与电阻比值增大，直流时间常数将超过断路器的额定时间常数，使其实际的开断能力将受到较大影响。

因此，将会出现短路电流接近高压交流断路器的额定开断能力，且实际时间常数大于额定直流时间常数的情况，这将严重影响高压交流断路器的非对称短路电流的开断能力，短路电流的预期过零点的直流分量将超出断路器型式试验报告中的值，断路器的非对称开断能力将不能保证，通常来说这意味着断路器的开断能力将降低。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法，该控制方法能够对断路器开断能力降低的工况作出及时的控制和修正，从而保证电力系统的稳定运行。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法，所述控制方法包括：

基于大电网网架潮流的实时信息数据，将所述大电网网架分割为计算区域和外部区域；

扫描形成所述计算区域内的各个节点的正序网络、负序网络以及零序网络；

采用电磁暂态计算的方法获取每个所述节点的短路电流和直流时间常数；

判断所述短路电流是否大于或等于所述节点对应的额定短路电流；

在判断所述短路电流大于或等于所述额定短路电流的情况下，向系统发出警报；

在判断所述短路电流小于所述短路电流的情况下，判断所述直流时间常数是否小于或等于所述节点对应的额定直流时间常数；

在判断所述直流时间常数大于所述额定直流时间常数的情况下，采用短路电流最后半波能量等效原则的遮断容量校核的方法对所述断路器的开断能力进行校核；

判断所述开断能力是否大于所述短路电流；

在判断所述开断能力小于或等于所述短路电流的情况下，采用预设的选相开断控制方法控制所述断路器，以使得所述断路器在开断短路故障时，避免首开大半波情况下的短路电流直流分量超标。

可选地，所述控制方法进一步包括：

在判断所述直流时间常数小于或等于所述额定直流时间常数的情况下，确定所述断路器处于正常状态。

可选地，所述控制方法进一步包括：

在判断所述开断能力大于所述短路电流的情况下，确定所述断路器处于正常工作状态。

可选地，采用短路电流最后半波能量等效原则的遮断容量校核的方法对所述断路器的开断能力进行校核进一步包括：

根据公式(1)计算遮断系数，

其中，K为所述遮断系数，t_1N、t_2N分别为额定直流时间常数下，首开大半波在最大非对称度时第二个大半波的起始时刻、结束时刻，t₁、t₂分别为所述直流时间常数下，首开大半波在最大非对称度时第二个大半波的起始时刻、结束时刻，T_dN为所述额定时间常数，T_dc为所述直流时间常数。

可选地，判断所述短路电流是否大于或等于所述节点对应的额定短路电流具体包括：

通过电力物联网信息公共平台查询所述额定短路电流。

可选地，判断所述直流时间常数是否小于或等于所述节点对应的额定直流时间常数具体包括：

通过电力物联网信息公共平台查询所述额定直流时间常数。

另一方面，本发明还提供一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制系统，所述控制系统包括处理器，所述处理器用于被配置为执行如上述任一所述的控制方法。

再一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的控制方法。

通过上述技术方案，本发明提供的高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法通过以大电网网架潮流的实时信息数据为基础，将大电网网架分割为计算区域和外部区域，再分别判断实际的短路电流和额定短路电流、直流时间常数和额定直流时间常数之间的关系，从而准确得到当前断路器的工作状态，并基于该工作状态做出对应的控制措施，保障了电力系统的稳定运行。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施方式的采用预设的选相开断控制方法调制前的首开大半波的波形图；以及

图3是根据本发明的一个实施方式的采用预设的选相开断控制方法调制后的首开大半波的波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。

在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示是根据本发明的一个实施方式的高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法的流程图。在图1中，该控制方法可以包括：

在步骤S10中，基于大电网网架潮流的实时信息数据，将大电网网架分割为计算区域和外部区域。其中，该计算区域可以是用于评估和控制的断路器所对应的节点所在的区域；外部区域则可以是当前不需要执行评估和控制操作的区域。进一步地，对于该计算区域，可以根据网架结构和负荷数据来建立详细的电路模型。而对于该外部区域，则可以采用等值电路来表示。

在步骤S11中，扫描形成计算区域内的各个节点的正序网络、负序网络以及零序网络。其中，该正序网络可以是由电力系统正序网络拓扑和元件的正序参数确定的计算网络；负序网络可以是由电力系统负序网络拓扑和元件的负序参数确定的计算网络；零序网络可以是由电力系统零序网络拓扑和元件的零序参数确定的计算网络。

在步骤S12中，采用电磁暂态计算的方法获取每个节点的短路电流和直流时间常数。在该实施方式中，对于该电磁暂态计算的方法的具体方式，可以是本领域人员所知的多种形式，对本领域人员来说应当是可知的，故此处不再赘述。

在步骤S13中，判断短路电流是否大于或等于节点对应的额定短路电流。其中，对于该额定短路电流，可以是例如通过电力物联网信息公共平台查询该额定短路电流。电力物联网信息公共平台中存储有每个断路器的铭牌值，并预设有外部网络协议，从而使得电力系统能够通过网络端直接接入以获得该额定短路电流。

在步骤S14中，在判断短路电流大于或等于额定短路电流的情况下，向系统发出警报。在该实施方式中，当短路电流大于或等于额定短路电流时，高压断路器无法开断电力系统的节点处的短路故障电流，说明此时电力系统的该节点处存在故障。因此，可以向系统发出警报。在系统接收到警报后，可以通过改变运行方式(例如降低当前的输电功率)等措施来应对。

在步骤S15中，在判断短路电流小于短路电流的情况下，判断直流时间常数是否小于或等于节点对应的额定直流时间常数。其中，对于该额定直流时间常数，可以是例如通过电力物联网信息公共平台查询该额定直流时间常数。

在步骤S16中，在判断直流时间常数小于或等于额定直流时间常数的情况下，确定断路器处于正常状态。在该实施方式中，直流时间常数小于或等于该节点对应的额定直流时间常数说明此时断路器仍然能够开断电力系统的节点处的短路故障电流以及非对称短路故障电流。因此，此时的断路器处于正常工作状态，可以不作处理。

在步骤S17中，在判断直流时间常数大于额定直流时间常数的情况下，采用短路电流最后半波能量等效原则的遮断容量校核的方法对断路器的开断能力进行校核。具体地，在该实施方式中，该开断能力可以等于其额定短路电流与遮断系数的乘积。进一步地，该遮断系数可以采用公式(1)来计算，

其中，K为遮断系数，t_1N、t_2N分别为额定直流时间常数下，首开大半波在最大非对称度时第二个大半波的起始时刻、结束时刻，t₁、t₂分别为直流时间常数下，首开大半波在最大非对称度时第二个大半波的起始时刻、结束时刻，T_dN为额定时间常数，T_dc为直流时间常数。

在步骤S18中，判断开断能力是否大于短路电流。

在步骤S19中，在判断开断能力大于短路电流的情况下，确定断路器处于正常工作状态。

在步骤S20中，在判断开断能力小于或等于短路电流的情况下，采用预设的选相开断控制方法控制断路器，以使得断路器在开断短路故障时，避免首开大半波情况下的短路电流直流分量超标。在该实施方式中，对于该选相开断控制方法的具体方式，可以是例如通过电网智能测控层获取发生短路故障电流的波形，并推演得出各相的预期短路故障电流波形和直流分量，该过程的运算时间小于或等于5m。如图2所示，A相直流分量最大，且为67.6％，为首开大半波。然后向断路器上预装的智能控制元件发送分闸命令，使得首开相出现在直流分量较小的C相，晚开相出现在直流分量最大的A相。如图2所示，首开相直流分量被降低至37％，大大低于原来的67.6％，因此能够达到选相开断控制的目的。

在本发明的一个示例中，在额定短路电流为63kA、额定直流时间常数为45ms的情况下，计算出的实际的短路电流为55kA，直流时间常数为65ms。那么，根据公式(1)计算得到的遮断系数K值为0.9086，断路器的实际开断能力为57.2kA，大于实际的短路电流50kA。因此，断路器可以成功开断该短路电流，无需处理。

在本发明的另一个示例中，在额定短路电流为50kA、额定直流时间常数为45ms，计算出的实际的短路电流为45kA，直流时间常数为95ms。那么，根据公式(1)计算得到的遮断系数K值为0.8419，断路器的实际开断能力为42.1kA，小于实际的短路电流45kA。因此，断路器无法成功开断该短路电流，需要执行选相开断控制方法。

另一方面，本发明还提供一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法，该控制系统可以包括处理器，该处理器可以用于被配置为执行如上述任一所述的控制方法。

再一方面，本发明还提供一种存储介质，该存储介质可以存储有指令，该指令可以用于被机器读取以使得该机器执行如上述任一所述的控制方法。

通过上述技术方案，本发明提供的高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法、系统及存储介质通过以大电网网架潮流的实时信息数据为基础，将大电网网架分割为计算区域和外部区域，再分别判断实际的短路电流和额定短路电流、直流时间常数和额定直流时间常数之间的关系，从而准确得到当前断路器的工作状态，并基于该工作状态做出对应的控制措施，保障了电力系统的稳定运行。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (7)

1.一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

基于大电网网架潮流的实时信息数据，将所述大电网网架分割为计算区域和外部区域；

扫描形成所述计算区域内的各个节点的正序网络、负序网络以及零序网络；

采用电磁暂态计算的方法获取每个所述节点的短路电流和直流时间常数；

判断所述短路电流是否大于或等于所述节点对应的额定短路电流；

在判断所述短路电流大于或等于所述额定短路电流的情况下，向系统发出警报；

在判断所述短路电流小于所述短路电流的情况下，判断所述直流时间常数是否小于或等于所述节点对应的额定直流时间常数；

在判断所述直流时间常数大于所述额定直流时间常数的情况下，采用短路电流最后半波能量等效原则的遮断容量校核的方法对所述断路器的开断能力进行校核；

判断所述开断能力是否大于所述短路电流；

在判断所述开断能力小于或等于所述额定短路电流的情况下，采用预设的选相开断控制方法控制所述断路器，以使得所述断路器在开断短路故障时，避免首开大半波情况下的短路电流直流分量超标；

采用短路电流最后半波能量等效原则的遮断容量校核的方法对所述断路器的开断能力进行校核进一步包括：

根据公式(1)计算遮断系数，

其中，K为所述遮断系数，t_1N、t_2N分别为额定直流时间常数下，首开大半波在最大非对称度时第二个大半波的起始时刻、结束时刻，t₁、t₂分别为所述直流时间常数下，首开大半波在最大非对称度时第二个大半波的起始时刻、结束时刻，T_dN为所述额定直流时间常数，T_dc为所述直流时间常数。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：

在判断所述直流时间常数小于或等于所述额定直流时间常数的情况下，确定所述断路器处于正常状态。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：

在判断所述开断能力大于所述短路电流的情况下，确定所述断路器处于正常工作状态。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，判断所述短路电流是否大于或等于所述节点对应的额定短路电流具体包括：

通过电力物联网信息公共平台查询所述额定短路电流。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，判断所述直流时间常数是否小于或等于所述节点对应的额定直流时间常数具体包括：

通过电力物联网信息公共平台查询所述额定直流时间常数。

6.一种高压断路器短路开断能力评估及选相开断控制系统，其特征在于，所述控制系统包括处理器，所述处理器用于被配置为执行如权利要求1至5任一所述的控制方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如权利要求1至5任一所述的控制方法。

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