CN115966438A - 基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法及系统，包括：获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值；获取短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量；根据燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间；根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现短路电流快速开断装置的电弧能量的调控。本发明通过优化设定控制保护出口时间来间接调控合理燃弧时间，确保在任意电压初相角发生大容量短路故障时，燃弧能量在合理的范围区间，同时能够提升短路故障开断成功率。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备试验技术领域，并且更具体地，涉及一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法及系统。
背景技术
近年来随着我国经济和科技发展需要，国家电网公司构建了具有世界领先水平，以特高压交直流输电线路为骨干网架的坚强输电网，同时伴随着风能、光伏等新能源规模化接入电网，系统容量日益提高。电网快速保护和控制的要求越来越高，尤其对电网故障的快速清除及治愈能力越发加强。高压开关设备作为电力系统控制和保护的关键执行器件，提高其分合闸速度能够极大缩短其分合闸时间，进而快速切除故障和快速恢复供电，能显著提高系统稳定性和可靠性。
据统计，目前电网中应用最广泛开关设备中，大容量SF6断路器(ZF17和LW13型为代表)采用液压和弹簧操作，其分闸时间范围为20～30ms，开断时间50～60ms；小容量的真空断路器(ZW32和VS1型为代表)采用弹簧机构，其分闸时40～50ms，开断时间70～80ms，无法满足短路电流快速开断装置的要求。现有技术对快速开关有较好的研究，并取得一定的研究成果，突破了关键技术，实现了工程应用，快速机械开关少数应用在传统交流电网特殊场合，如故障电流限制器、配网灵活接地装置，这些场合都是开断小电流，无法满足交流电网大规模的安全环保、可靠开断叠加高直流分量大短路电流开断要求。
目前对于工频大短路电流快速开断领域研究尚属空白，因此需要研究快速开断过程中的燃弧能量调控，提出燃弧能量调控的策略方法，以提高工频大短路电流高直流分量的快速开断成功率。
发明内容
本发明提出一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法及系统，以解决如何对短路电流快速开断装置快速开断过程中的燃弧能量调控的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法，所述方法包括：
获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值；
获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量；
根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间；
根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
优选地，其中所述根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，包括：
根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界。
优选地，其中所述基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间，包括：
根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间。
优选地，其中所述根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，包括：燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb。
优选地，其中所述预设短路故障清除时间阈值为20ms。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控系统，所述系统包括：
数据获取单元，用于获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值；
燃弧能量获取单元，用于获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量；
保护出口时间确定单元，用于根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间；
调控单元，用于根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
优选地，其中所述保护出口时间确定单元，根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，包括：
根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界。
优选地，其中所述保护出口时间确定单元，基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间，包括：
根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间。
优选地，其中所述调控单元，根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，包括：燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb。
优选地，其中在所述数据获取单元，所述预设短路故障清除时间阈值为20ms。
本发明提供了一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法及系统，包括：获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值；获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量；根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间；根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。本发明通过优化设定控制保护出口时间，来间接调控合理燃弧时间，确保在任意电压初相角发生大容量短路故障时，燃弧能量在合理的范围区间，同时能够提升短路故障开断成功率，提升电网重要节点的供电可靠性。
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基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的叠加高直流分量大短路电流产生机理波形示意图；
图3为根据本发明实施方式的燃弧能量调控策略时序图；
图4为根据本发明实施方式的任意电压初相角发生故障燃弧能量分布示意图；
图5为根据本发明实施方式的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控系统500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。
针对目前新型低碳电力系统概念的提出，各种风能、光伏等新能源的高比例接入电网，突然出现短路故障的概率增加，同时要求快速清除故障，避免对主网产生波动影响，提高主网的供电可靠性。本发明提出了一种基于真空大容量短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法，通过本发明方法能使得短路故障快速清除装置极大提高交流电网发生短路故障后，开断高直流分量短路大电流的成功率，提升电网重要节点的供电可靠性。
图1为根据本发明实施方式的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法，通过优化设定控制保护出口时间，来间接调控合理燃弧时间，确保在任意电压初相角发生大容量短路故障时，燃弧能量在合理的范围区间，同时能够提升短路故障开断成功率，提升电网重要节点的供电可靠性。本发明实施方式提供的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法100，从步骤101处开始，在步骤101获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值。优选地，其中所述预设短路故障清除时间阈值为20ms。
在步骤102，获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量。
在步骤103，根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间。
优选地，其中所述根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，包括：
根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界。
优选地，其中所述基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间，包括：
根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间。
在步骤104，根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
优选地，其中所述根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，包括：燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb。
图2中为当电力系统变压器出口电源电压过零点发生极间短路故障时，短路电流叠加的非周期分量最大，此时短路电流开断是最苛刻的，短路电流第一半波峰值可达110kA，叠加的非周期分量(直流分量)百分数可达100％，并且随着时间常数振荡衰减，要求短路电流快速开断装置能在短路电流发生后的第一大半波过零点(17.8ms)前开断，零点直流分量百分数高达79.8％，目前常规40.5kV真空断路器最大非对称开断一般在第三大半波过零点(56.6ms)前开断，零点直流分量百分数为47.0％。因此对于短路电流快速开断装置提出了更高要求。
针对图2给出的短路电流快速开断装置要求在第一大半波过零点开断高要求，本发明设置短路故障清除时间阈值为20ms。短路故障清除时间需要小于等于20ms。
图3给出了燃弧能量调控策略，由于短路故障清除时间(tq)＝分闸时间(tf)+保护出口时间(tb)+燃弧时间(tr)，其中tq≤20ms，tf＝3ms为已知定值，因此，可以通过调控变量tb(保护出口时间)来间接调控变量tr(燃弧时间)在合理范围内，进而确保在任意电压初相角发生短路故障时，快速开断装置的燃弧能量不超过给定的边界值，该边界值以现有真空断路器典型燃弧类型下的燃弧时间承受的燃弧能量为基准。
因此，在本发明的实施方式中，首先获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量，再根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界；再根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间；最后，根据燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb，确定燃弧时间，并根据所述保护出口时间和燃弧时间进行设置，使得在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
如图4所示，给出了燃弧能量优化仿真计算结果，任意电压初相角发生短路故障时，保护出口时间在10～12ms区间时，短路开断时的燃弧能量集中分布在短燃弧和中燃弧区间内，燃弧能量总体调控较好，可极大提高短路开断的成功率，确保快速开断装置的短路故障清除时间tq≤20ms。
本发明在完全掌握了叠加高直流分量大短路电流的故障的发生机理的基础上，提出在短路故障清除时间一定情况下，通过优化调整保护出口时间，间接调控确定合理的燃弧时间，进而确保在任意电压初相角发生故障时，燃弧能量集中分布在短燃弧和中燃弧区间，确保100％完成短路故障成功开断，采用该方法研制的短路电流快速开断装置，能够极大提升新型电力系统高比例新能源接入对主网稳定性，基于本发明方法的短路电流快速开断装置可直接应用于新能源接入主网端口，具有重大社会效益及显著经济效益。
图5为根据本发明实施方式的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控系统500的结构示意图。如图5所示，本发明实施方式提供的提供了一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控系统500，包括：数据获取单元501、燃弧能量获取单元502、保护出口时间确定单元503和调控单元504。
优选地，所述数据获取单元501，用于获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值。
优选地，其中在所述数据获取单元501，所述预设短路故障清除时间阈值为20ms。
优选地，所述燃弧能量获取单元502，用于获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量。
优选地，所述保护出口时间确定单元503，用于根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间。
优选地，其中所述保护出口时间确定单元503，根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，包括：
根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界。
优选地，其中所述保护出口时间确定单元503，基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间，包括：
根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间。
优选地，所述调控单元504，用于根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
优选地，其中所述调控单元504，根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，包括：燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb。
本发明的实施例的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控系统500与本发明的另一个实施例的基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法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 (10)
1.一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控方法，其特征在于，所述方法包括：
获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值；
获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量；
根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间；
根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，包括：
根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间，包括：
根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，包括：燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设短路故障清除时间阈值为20ms。
6.一种基于短路电流快速开断装置的燃弧能量调控系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取单元，用于获取短路电流快速开断装置的分闸时间和预设短路故障清除时间阈值；
燃弧能量获取单元，用于获取所述短路电流快速开断装置在不同保护出口时间和不同电压初相角下对应的燃弧能量；
保护出口时间确定单元，用于根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，并基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间；
调控单元，用于根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，以基于所述保护出口时间和燃弧时间实现在任意电压初相角发生大容量短路故障时所述短路电流快速开断装置的燃弧能量的调控。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述保护出口时间确定单元，根据所述燃弧能量确定保护出口时间区间，包括：
根据所述短路电流快速开断装置在不同电压初相角对应的燃弧能量均同时满足小于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界且大于等于与所述短路电流快速开断装置对应的中燃弧能量边界的时间确定保护出口时间区间；其中，不同类型的短路电流快速开断装置对应不同的中燃弧能量边界和短燃弧能量边界。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述保护出口时间确定单元，基于所述保护出口时间区间确定保护出口时间，包括：
根据所述保护出口时间区间的上限值和下限值的平均值向上取整，确定所述保护出口时间。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述调控单元，根据所述保护出口时间、分闸时间和预设短路故障清除时间阈值确定燃弧时间，包括：燃弧时间tr＝预设短路故障清除时间阈值tq-分闸时间tf-保护出口时间tb。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述数据获取单元，所述预设短路故障清除时间阈值为20ms。
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