調整線路保護動作時序解決斷路器電流延遲過零的方法
2023-04-24 03:30:16
專利名稱：調整線路保護動作時序解決斷路器電流延遲過零的方法
技術領域：
本發明屬於電力系統領域，具體涉及一種調整線路保護動作時序解決斷路器合分閘過程中電流延遲過零的方法。
背景技術：
根據電力系統運行和試驗經驗，線路斷路器在合閘帶有高壓並聯電抗器的線路時，斷路器電流直流分量可能較大，有可能出現電流長時間不過零的情況，若合間後立即進行分閘操作，有可能由於電流長時間不過零而無法熄弧，造成斷路器損壞。在實際中，若線路存在預伏單相接地故障時斷路器合空線，根據目前普遍採用的保護動作時序，線路保護動作命令斷路器三相立即分間，有可能會出現這種情況。對於電流直流分量問題，常見的抑制措施有裝設合閘電阻、採用選相操作斷路器等，但根據研究，這兩種方法都無法完全消除電流直流偏置現象。我國超/特高壓線路通常都帶有高壓並聯電抗器。若線路存在預伏單相接地故障，斷路器進行合空線操作，此時由於單相重合閘操作閉鎖，根據目前普遍採用的保護動作時序，合空線後線路保護動作會命令斷路器三相立即分閘。此時流過健全相斷路器的電流有可能出現較大的直流偏置，導致電流長時間不過零，無法熄弧。斷路器合於存在預伏單相接地故障的空載線路的典型電流波形如圖1所示。由圖1可見，對於故障相來說，由於故障電流交流分量很大，電流仍可以過零；而對於健全相，斷路器電流直流偏置往往很大，導致電流不過零時間很長，可達Is。對於高壓交流系統中常用的SF6斷路器，若電流不過零，則無法熄弧。而如果燃弧時間過長(典型的正常燃弧時間為20ms)，有可能造成斷路器損壞。針對該工況下電流直流偏置問題，目前常見的抑制措施包括(1)在斷路器上裝設合閘電阻在斷路器上裝設合閘電阻，合閘時合閘電阻先投入，再將主觸頭合上。這樣可以對合閘過程產生的電流直流偏置起到一定的抑制作用。(2)採用選相操作斷路器根據研究，合帶並聯電抗器線路時電流的不過零時間與合閘相位有關。圖2為單相合空線時典型的電流不過零時間與合閘相位的關係，其中，電壓以餘弦函數表示，合閘相位0°、180°對應電壓峰值。如圖可見，斷路器在電壓峰值(0°、180°相位)附近合閘時， 電流不過零時間最短，約為ms量級；而在電壓過零(90°、270°相位)附近合閘時，電流不過零時間最長，可達零點幾S。對於線路存在預伏單相接地故障合空線的情況，由於受相間耦合等因素的影響，健全相電流不過零時間與合閘相位的關係要複雜一些，典型的如圖 3所示，總體而言仍為電壓過零附近合閘時電流不過零時間較長，電壓峰值附近合閘時電流不過零時間較短；但是即便恰好在電壓峰值點處合間，健全相電流不過零時間仍有可能達到0. 2s甚至超過0. 4s。採用選相操作斷路器的原理是，通過控制斷路器在電壓峰值附近合閘，以縮短電流不過零時間。以上所述的電流直流偏置抑制措施均各自存在不足，無法徹底解決斷路器合分閘過程中產生的電流延遲過零問題。1)採用合閘電阻根據國內外超高壓電網運行統計結果，斷路器裝設合閘電阻時，合閘電阻本身出現故障的概率高於某些嚴重的多相故障。而根據運行經驗，線路存在預伏單相接地故障合空線操作出現的概率很低。另外，使用合閘電阻的最大問題是其所需的能量很大，斷路器生產廠家製造能力很難滿足要求，其造價也相當昂貴。根據研究結論，採用合閘電阻也並不能完全消除電流直流偏置。2)採用選相操作斷路器由於目前的製造工藝及控制系統精度，選相操作存在一定的隨機時間偏差，其範圍通常為士30°。而三相輸電線路存在預伏單相接地故障合空線時，如圖3，健全相電流不過零時間與合閘相位的關係也存在一定的分散性。由於存在這兩個隨機因素，採用選相操作斷路器仍有可能出現電流長時間不過零的情況，最長不過零時間有可能超過0.6s，顯著大於斷路器正常燃弧時間(典型的為20ms)。另一方面，為抑制電流長時間不過零現象，要求選相操作斷路器在電壓峰值附近合閘；而對於合空線操作，在電壓峰值附近合閘會導致合空線操作過電壓高。這兩方面對合閘相位的要求是相悖的。
發明內容
本發明的目的是，克服以上不足，提出一種通過調整線路保護動作時序，延遲分斷健全相線路，避免在對存在預伏單相接地故障線路合空線時，由於電流延遲過零造成斷路器分閘失敗的方法。依據本發明的一種調整線路保護動作時序解決斷路器合分閘過程中電流延遲過零的方法，對於電力系統中帶有並聯電抗器補償的輸電線路，在進行合空線操作時，其單相重合閘操作閉鎖。為避免由於線路上存在預伏單相接地故障導致線路斷路器分閘失敗，在合空線時，將線路保護動作時序調整為先分故障相、再分健全相。上述線路保護動作時序為若線路上存在預伏單相接地故障，則在三相合空線後， 線路保護首先控制故障相單相分閘，在經過一定時間的延時(典型的如Is左右或若干s) 後，健全相電流直流偏置衰減至電流可以過零，再控制健全相分閘。時序圖如圖4所示。具體線路保護動作時序如下1)對存在預伏單相接地故障的線路進行三相合空線操作；2)線路保護檢測到線路存在單相接地故障，控制故障相線路斷路器單相分閘；3)經過一段延時後(典型的如Is左右或若干S)，線路保護控制健全相線路斷路器分閘。本發明的有益效果是本發明提出的調整線路保護時序避免合空線時由於存在預伏單相接地故障導致斷路器分閘失敗，方法簡單易行，也不需要增加設備，具有良好的可靠性和經濟性。這種方法與其它保護兼容，也不會對系統及設備安全運行產生影響，具有良好的適用性。
下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1線路存在預伏單相接地故障，三相合空線時，開關電流的典型波形；圖2單相合空線時電流不過零時間與合閘相位的典型關係；圖3線路存在預伏單相接地故障時合空線，健全相電流不過零時間與合閘相位的典型關係；圖4本發明提出的線路保護動作時序。
具體實施例方式按照目前普遍採用的線路保護動作時序，對於正常運行的線路，若線路上出現單相接地故障，線路保護控制兩側線路斷路器單相跳閘，然後在一定時間後(典型的為Is左右)單相重合閘，若故障仍存在，線路保護控制兩側斷路器三相跳閘；而對於未投運的線路，單相重合閘操作閉鎖，即，如果線路上存在預伏單相接地故障，則在合空線時，線路保護檢測到故障後控制斷路器立即三相同時分閘。本發明提出的線路保護動作時序為，若線路上存在預伏單相接地故障，則在三相合空線後，線路保護首先控制故障相單相分閘，在一定時間後，健全相電流直流偏置衰減至電流可以過零，再控制健全相分閘。時序圖如圖4所示。可行性分析(1)對於高壓斷路器，其三相合分間控制互相獨立，具備先分故障相、後分健全相的可操作性。(2)線路存在預伏單相接地故障時，合空線後，故障相電流的交流分量很大，不會因電流直流偏置導致電流長時間不過零，如圖Ia所示。因此，故障相先分，不存在電流延遲過零的問題。(3)對於健全相，其流過的電流遠低於故障電流，斷路器延後分斷不會影響系統安全。(4)健全相延遲Is左右通常可以滿足要求。對於具體工程，可根據實際參數進行調整。(5)故障相先分閘，健全相再分閘，並聯電抗器中性點小電抗會流過較大的電流。 根據某500kV輸變電工程的計算結果(健全相延遲Is分閘)，其電流峰值約為100A左右， 並在IOs內衰減到零。不會導致小電抗損壞。此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1.一種調整線路保護動作時序解決斷路器合分閘過程中電流延遲過零的方法，其特徵在於對於電力系統中帶有並聯電抗器補償的輸電線路，在進行合空線操作時，其單相重合閘操作閉鎖，為避免由於線路上存在預伏單相接地故障導致線路斷路器分閘失敗，在合空線時，將線路保護動作時序調整為先分故障相、再分健全相；上述線路保護動作時序為若線路上存在預伏單相接地故障，則在三相合空線後，線路保護首先控制故障相單相分間，在經過一定時間的延時後，健全相電流直流偏置衰減至電流可以過零，再控制健全相分閘。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，具體線路保護動作時序如下1)對存在預伏單相接地故障的線路進行三相合空線操作；2)線路保護檢測到線路存在單相接地故障，控制故障相線路斷路器單相分閘；3)經過一段延時後，線路保護控制健全相線路斷路器分閘。
全文摘要
本發明屬於電力系統領域，具體涉及一種調整線路保護動作時序解決斷路器合分閘過程中電流延遲過零的方法。對於存在預伏單相接地故障的帶並聯電抗器線路進行合空線操作時，由於電流直流偏置較大，若按照目前普遍採用的線路保護動作時序，即線路保護檢測到故障後控制線路斷路器立即三相同時分閘，有可能導致線路斷路器分閘失敗，目前的主要應對措施無法徹底解決此問題。本發明對線路保護動作時序進行合理調整。若線路上存在預伏單相接地故障，則在三相合空線時，線路保護檢測到故障後，首先控制故障相線路斷路器單相分閘，在一定時間後，健全相電流直流偏置衰減至電流可以過零，再控制健全相線路斷路器分閘。
文檔編號H02H7/26GK102412568SQ201110369298
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者周佩朋, 宋瑞華, 杜寧, 楊大業, 班連庚, 鄭彬, 韓彬, 項祖濤 申請人:中國電力科學研究院