本發(fā)明涉及電網(wǎng)安全穩(wěn)定與控制領(lǐng)域，具體是一種基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)發(fā)生短路后，短路電流中含有周期分量和直流分量，直流分量以電力網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)衰減。GB 1984—2003《高壓交流斷路器》規(guī)定：1000kV、500kV、220kV電壓等級(jí)斷路器在特殊工況下的直流分量標(biāo)準(zhǔn)衰減時(shí)間常數(shù)分別為120ms、75ms、60ms；由于電力變壓器及發(fā)電機(jī)的X/R值較大，直流分量的時(shí)間常數(shù)幾乎完全取決于電力變壓器及附近發(fā)電機(jī)，通常超過斷路器的標(biāo)準(zhǔn)衰減時(shí)間常數(shù)，并且可能長(zhǎng)至150ms。

目前的短路電流計(jì)算過程中，通常忽略直流分量對(duì)斷路器開斷能力的影響，即以短路電流交流分量有效值不超過斷路器額定開斷能力為判據(jù)。然而隨著電壓等級(jí)的升高，大容量變電站及發(fā)電廠的集中投產(chǎn)，系統(tǒng)X/R值不斷增大，直流分量衰減時(shí)間常數(shù)增加，直流分量對(duì)斷路器工作條件的影響逐漸凸顯。直流分量的時(shí)間常數(shù)越長(zhǎng)，短路電流大半波峰值越大，滅弧過程中電弧釋放的能量也越大，這樣會(huì)加重?cái)嗦菲鏖_斷的負(fù)擔(dān)。采用常規(guī)的不考慮直流分量的斷路器開斷能力評(píng)估方法已無法可靠評(píng)估斷路器在實(shí)際工況下的真實(shí)開斷能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有斷路器開斷能力評(píng)估方法中存在的問題，首次提出了一種基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估方法，可考慮短路電流直流分量對(duì)斷路器開斷能力的影響，精確評(píng)估斷路器在實(shí)際工況下的開斷能力。

本發(fā)明的上述問題通過以下技術(shù)方案來解決的：

一種基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟一、給定短路電流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)F，在系統(tǒng)全接線全開機(jī)方式下，計(jì)算短路點(diǎn)A周期分量有效值I″_A；

步驟二、基于短路電流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)F，計(jì)算短路點(diǎn)A的等效電阻R及等效電抗X，由等效電阻R、等效電抗X及系統(tǒng)角頻率ω計(jì)算得到短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc，計(jì)算方法如下式：

步驟三、判斷實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中短路點(diǎn)A直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc是否大于短路點(diǎn)A裝設(shè)的斷路器標(biāo)準(zhǔn)衰減時(shí)間常數(shù)T_dc,N：若T_A,dc>T_dc,N，則執(zhí)行步驟四；若T_A,dc≤T_dc,N，則斷路器實(shí)際開斷能力I″_sc,A為其額定短路電流開斷能力I_sc,N，如下式所示：

I″_sc,A＝I_sc,N

步驟四、電力系統(tǒng)發(fā)生短路后，短路點(diǎn)A全電流表達(dá)式為：

其中I_A,ac為常規(guī)交流分量，I_A,dc為短路點(diǎn)A直流分量，I″_A為交流分量有效值，γ為短路點(diǎn)阻抗角，ψ_U為短路時(shí)刻電壓角度，則全電流有效值表達(dá)式如下：

則采用斷路器在實(shí)際工況與標(biāo)準(zhǔn)工況下的全電流等效原則可對(duì)斷路器的實(shí)際開斷能力I″_sc,A進(jìn)行評(píng)估，其中t_min為斷路器實(shí)際開斷時(shí)間，是與斷路器具體型號(hào)相關(guān)的常數(shù)，實(shí)際工況與標(biāo)準(zhǔn)工況的全電流等效表達(dá)式如下：

根據(jù)上式可得到斷路器實(shí)際開斷能力I″_sc,A為其額定短路電流開斷能力I_sc,N之間的關(guān)系如下：

步驟五、比較實(shí)際工況下短路點(diǎn)A的斷路器實(shí)際開斷能力I″_sc,A與短路電流周期分量有效值I″_A的關(guān)系：若I″_A≤I″_sc,A，則斷路器可有效開斷實(shí)際工況下考慮直流分量影響的短路電流；若I″_A>I″_sc,A，則系統(tǒng)發(fā)生短路后斷路器存在失靈風(fēng)險(xiǎn)，需從斷路器選型或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面加以解決。

進(jìn)一步的，步驟一中的短路點(diǎn)A周期分量有效值I″_A和步驟二中的短路點(diǎn)A的等效電阻R及等效電抗X由電力系統(tǒng)分析綜合程序軟件PSASP計(jì)算得到。

本發(fā)明針對(duì)電力系統(tǒng)短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)不斷增加導(dǎo)致的斷路器開斷能力受限問題，提出了全電流有效值的概念評(píng)估斷路器在滅弧過程中電弧釋放的能量，實(shí)際運(yùn)行工況下短路點(diǎn)直流分量衰減時(shí)間常數(shù)超過斷路器標(biāo)準(zhǔn)衰減時(shí)間常數(shù)時(shí)，提出了全電流等效原則來評(píng)估斷路器短路電流開斷能力。本發(fā)明所提出的斷路器開斷能力評(píng)估方法可有效評(píng)估各類型斷路器的短路電流實(shí)際開斷能力，為電網(wǎng)中短路電流抑制措施的制定及斷路器選型提供依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施案例選用電網(wǎng)的500kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D；

圖3是本發(fā)明斷路器開斷容量與直流分量衰減時(shí)間常數(shù)關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明提供一種基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估方法，包括如下步驟：

步驟一、給定短路電流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)F，在系統(tǒng)全接線全開機(jī)方式下，利用電力系統(tǒng)分析綜合程序軟件(Power System Analysis Software Package，PSASP)計(jì)算短路點(diǎn)A周期分量有效值I″_A。

步驟二、基于短路電流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)F，利用電力系統(tǒng)分析綜合程序軟件計(jì)算短路點(diǎn)A的等效電阻R及等效電抗X，計(jì)算得到短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc，計(jì)算方法如下式：

其中，ω為系統(tǒng)角頻率，可通過ω＝2πf計(jì)算得到，若系統(tǒng)頻率為f＝50Hz，則ω＝100π。

步驟三、判斷實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中短路點(diǎn)A直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc是否大于短路點(diǎn)A裝設(shè)的斷路器標(biāo)準(zhǔn)衰減時(shí)間常數(shù)T_dc,N：若T_A,dc>T_dc,N，則執(zhí)行步驟四；若T_A,dc≤T_dc,N，則斷路器實(shí)際開斷能力I″_sc,A為其額定短路電流開斷能力，如下式所示：

I″_sc,A＝I_sc,N

步驟四、電力系統(tǒng)發(fā)生短路后，短路點(diǎn)A全電流表達(dá)式為：

其中I_A,ac為常規(guī)交流分量，I_A,dc為短路點(diǎn)A直流分量，I″_A為交流分量有效值，γ為短路點(diǎn)阻抗角，ψ_U為短路時(shí)刻電壓角度。則全電流有效值表達(dá)式如下：

則采用斷路器在實(shí)際工況與標(biāo)準(zhǔn)工況下的全電流等效原則可對(duì)斷路器的實(shí)際開斷能力I″_sc,A進(jìn)行評(píng)估，其中t_min為斷路器實(shí)際開斷時(shí)間，是與斷路器具體型號(hào)相關(guān)的常數(shù)，實(shí)際工況與標(biāo)準(zhǔn)工況的全電流等效表達(dá)式如下：

根據(jù)上式可得到斷路器實(shí)際開斷能力I″_sc,A為其額定短路電流開斷能力I_sc,N之間的關(guān)系如下：

步驟五、比較實(shí)際工況下短路點(diǎn)A的斷路器開斷能力I″_sc,A與短路電流周期分量有效值I″_A的關(guān)系：若I″_A≤I″_sc,A，則斷路器可有效開斷實(shí)際工況下考慮直流分量影響的短路電流；若I″_A>I″_sc,A，則系統(tǒng)發(fā)生短路后斷路器存在失靈風(fēng)險(xiǎn)，需從斷路器選型或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面加以解決。

本發(fā)明實(shí)施案例選用某省2016年220kV及以上網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行仿真計(jì)算，但本發(fā)明內(nèi)容不限于具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及電網(wǎng)的具體電壓等級(jí)。其具體的案例電網(wǎng)500kV網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如附圖2所示，本實(shí)施案例將以500kV主變的高壓側(cè)母線相關(guān)斷路器開斷能力計(jì)算為例對(duì)本發(fā)明所提出的基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估方法進(jìn)行闡述。

1、以某省2016年220kV及以上網(wǎng)絡(luò)為例，在系統(tǒng)全接線全開機(jī)方式下，計(jì)算500kV主變高壓側(cè)母線短路故障后周期分量有效值I″_A，計(jì)算結(jié)果如表1所示：

表1短路電流周期分量有效值計(jì)算結(jié)果

2、以某省2016年220kV及以上網(wǎng)絡(luò)為例，計(jì)算500kV主變高壓側(cè)母線短路故障后的等效電阻R及等效電抗X，并計(jì)算得到短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc。

表2短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)計(jì)算結(jié)果

3、根據(jù)GB 1984-2003《高壓交流斷路器》，500kV電壓等級(jí)斷路器在特殊工況下直流分量標(biāo)準(zhǔn)衰減時(shí)間常數(shù)T_dc,N為75ms，表2中衰減時(shí)間常數(shù)超過75ms的故障母線主要有三峽電廠、葛大江、宜都，需采用全電流等效原則評(píng)估其斷路器開斷能力，其余母線相關(guān)斷路器開斷能力即為其額定開斷能力I_sc,N。

4、針對(duì)表2中直流分量衰減時(shí)間常數(shù)超過75ms的母線，根據(jù)全電流等效原則評(píng)估其斷路器開斷能力。斷路器實(shí)際開斷時(shí)間t_min＝25ms，斷路器額定遮斷容量I_sc,N＝63kA，則該類型斷路器開斷能力與直流分量衰減時(shí)間常數(shù)的關(guān)系如下：

斷路器開斷能力I″_sc,A與直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc之間的關(guān)系如附圖3所示，以三峽右二電廠為例，其直流分量衰減時(shí)間常數(shù)T_A,dc＝108.4ms，通過上式求解得到其短路電流開斷能力I″_sc,A為59.7kA。

根據(jù)上述全電流等效原則及步驟三，在實(shí)際工況下的短路電流開斷能力I″_sc,A評(píng)估結(jié)果如表3所示。

表3基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估結(jié)果

5、比較表1中短路電流周期分量有效值I″_A與表3中斷路器開斷能力I″_sc,A，除玉賢、鳳凰山500kV母線短路故障后I″_A>I″_sc,A外，其余500kV母線斷路器均可有效開斷實(shí)際工況下考慮直流分量影響的短路電流。

以上基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評(píng)估策略可用于各種電壓等級(jí)各種型號(hào)斷路器的開斷能力計(jì)算，其評(píng)估結(jié)果可指導(dǎo)電網(wǎng)短路電流抑制措施的制定及斷路器選型。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。