一種限制斷路器瞬態恢復電壓峰值和上升率的裝置的製作方法

2023-05-29 04:16:46 2

專利名稱：：一種限制斷路器瞬態恢復電壓峰值和上升率的裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及電力系統電子器件領域，具體涉及一種限制斷路器瞬態恢復電壓上升率和峰值的裝置。
背景技術：
：在750kV和特高壓電網中，斷路器是最重要也是製造難度最大的設備之一。如何提高斷路器的開斷能力，對於750kV和特高壓系統的安全可靠運行都是非常重要的。斷路器瞬態恢復電壓是斷路器開斷能力的重要指標。大量的研究和試驗分析表明。瞬態恢復電壓TRV上升率和峰值是影響斷路器開斷的最重要因素。當線路發生短路故障時，斷路器等開關電器中會流過短路電流，短路電流大到一定程度，斷路器的觸頭分離時弧隙中會產生電弧，當電流過零電弧熄滅時，由於電路中電容、電感的存在，弧隙電壓需要經過一個由電弧電壓上升到電源電壓的恢復過程，這個恢復過程中首先出現在弧隙兩端的是具有瞬態特性的電壓即為瞬態恢復電壓，瞬態恢復電壓存在的時間較短，只有幾十微秒到幾毫秒，但從滅弧角度來看，在開斷短路故障時，瞬態恢復電壓具有決定性的意義。大量的研究和試驗分析表明，TRV上升率和峰值是影響斷路器開斷的最重要因素。斷路器開斷短路故障後，交流電弧過零後能否熄滅，除與弧隙介質的恢復過程有關外，還與弧隙的電壓恢復過程有關。圖l給出了弧隙介質強度和恢復電壓的示例波形，其中Ud為弧隙介質強度恢復曲線，由圖可以看出若恢復電壓按Utrvl曲線變化時，瞬態恢復電壓峰值較高，交流電弧在過零時不能熄滅；若恢復電壓按Utrv2曲線變化，瞬態恢復電壓上升率較高，交流電弧在過零時也不能熄滅；因此斷路器的恢復電壓上升率(RRRV)愈大，峰值越高，則電弧愈難熄滅(發生重燃)，其工作條件也愈嚴酷。當斷路器的額定電壓一定時，斷口的恢復電壓與線路結構參數、斷路器的安裝位置、電網主要元件的電感與電容值以及雜散分布參數等都有關係。部分交流高壓斷路器的斷口並聯有電容很小的電容器，主要作用是改善斷路器斷口的電壓分布，雖然也可以起到限制斷路器恢復電壓上升率的作用，但是限制作用十分有限。在特定需求下，有些斷路器並聯了幾千pF的電容器，用來限制RRRV，但不能限制恢復電壓的峰值。在750kV和特高壓系統中，在某些故障(如出口故障、近距故障)下，尤其是在建設初期的特殊運行方式下，可能出現斷路器瞬態恢復電壓上升率較高的情況；同時隨著串補的廣泛應用，對斷路器開斷能力提出了新的要求，研究表明，在裝設串補的系統中，斷路器瞬態恢復電壓峰值較高，某些情況下超過了國家標準的要求。因此研究限制斷路器瞬態恢復電壓的方法非常重要，因此，本發明提出了一種限制斷路器瞬態恢復電壓上升率和峰值的裝置。
發明內容現有技術中的斷路器電容器一般電容值較小，限制斷路器恢復電壓上升率的作用有限，同時斷路器電容器不能限制恢復電壓的峰值。本發明的目的是鑑於以上不足，提出一種限制斷路器瞬態恢復電壓的裝置，既可以限制斷路器瞬態恢復電壓的上升率又可以限制瞬態恢復電壓的峰值。本發明提出了一種限制斷路器瞬態恢復電壓峰值和上升率的裝置，其特徵在於在高壓電網的斷路器的兩端並聯電容器和避雷器，從而構成斷路器、電容器和避雷器三者並聯的結構，所述電容器用於降低斷路器瞬態恢復電壓的上升率，所述避雷器用於降低斷路器瞬態恢復電壓的峰值。其中，所述並聯電容器的容抗值的數值大小需要根據高壓電網的具體工程情況進行確定，通過數值仿真的方法研究不同容抗對斷路器瞬態恢復電壓的限制作用，選擇合適的容抗值。其中，所述避雷器的額定電壓要根據高壓電網的具體工程情況來確定，選擇避雷器額定電壓時需考慮以下情況首先，所述斷路器兩端電壓在高壓電網系統的最高運行電壓時，且斷路器兩端電壓的相角相差180度時，所述避雷器在這種狀態下應保證能夠長期運行；其次在高壓電網系統發生故障時，斷路器開斷時避雷器應能有效限制斷路器瞬態恢復電壓的峰值到有關國家及行業標準的允許範圍內，為了達到此要求也需通過數值仿真的方法對避雷器選擇合適的值。其中，選擇並聯電容器容抗的容抗值時還要根據高壓電網不同故障的情況採用不同的容抗值，在高壓電網系統發生近距故障以及僅斷路器母線側僅與變壓器相連時，瞬態恢復電壓上升率較高，選擇所述電容器的容抗值應能將發生這些故障時的斷路器瞬態恢復電壓的上升率限制在有關國家及行業標準允許範圍內。其中，所述國家及行業標準包括GB1984-2003《高壓交流斷路器》、DL/T402-2007《高壓交流斷路器訂貨技術條件》。其中，所述高壓電網的具體工程情況包括系統電壓等級，輸電線路的長度、換位方式、杆塔結構和導線布置、高抗和串補等補償裝置的配置、變電站的布置結構、變壓器的布置結構、避雷器的布置結構、高抗的布置結構等。其中，所述數值仿真的方法包括電磁暫態仿真軟體EMTP、加拿大曼尼託巴直流研究中心開發的電磁暫態仿真軟體PSCAD4.2、美國DCG(EMTPDevelopmentCoordinationGroup)發行的電磁暫態仿真軟體EMTP-RV、德國西門子發行的電力系統仿真軟體NET0MAC。本發明的有益效果是本發明提出的裝置既可以限制斷路器瞬態恢復電壓的峰值，又可以限制斷路器瞬態恢復電壓的上升率。為了使本發明的內容被更清楚的理解，並便於具體實施方式的描述，下面給出與本發明相關的如下圖1示出了弧隙介質強度和恢復電壓的示例波形；圖2是依據本發明的限制斷路器瞬態恢復電壓裝置的結構示意圖；圖3是限制瞬態恢復電壓峰值效果圖，其中(a)是不採用限制措施的圖；(b)是採4用本發明的裝置的圖；圖4是限制瞬態恢復電壓上升率效果圖，其中(a)是不採用限制措施的圖；(b)是採用本發明的裝置的圖。具體實施例方式本發明提出的限制斷路器瞬態恢復電壓的裝置的示意圖如圖2中虛線框內所示。為了限制某典型750kV系統斷路器瞬態恢復電壓峰值和上升率，設計的本發明的裝置電容器電容值為10000pF，避雷器額定電壓972kV。為了選擇電容器的電容值，採用中國電力科學研究院電力系統研究所開發的電力電子及電磁暫態計算程序(EMTPE)1.0版本計算了採用不同電容值時，系統發生短路故障時斷路器瞬態恢復電壓的上升率如表2所示。在電容值取2000pF和5000pF時，恢復電壓上升率為分別為6.5kV/us和5.3kV/us，均較高，超過或接近有關標準(DL/T402-2007《高壓交流斷路器訂貨技術條件》)的要求；當電容值取lOOOOpF時，恢復電壓上升率為2.7kV/us，繼續增加電容值恢復電壓上升率下降有限，因此選擇電容值為10000pF。表l不同電容值時的恢復電壓上升率電容值(pF)瞬態恢復電壓上升率(kV/us)20006.550005.3100002.7150002.1為了選擇避雷器的額定電壓，首先斷路器兩端電壓均為系統最高電壓且相差180度時避雷器應能長期工作，750kV系統最高運行電壓800kV，相位相差180度時，斷路器兩端電壓差最大為2x800x、2-1306kV，避雷器應能長期承受峰值為1306kV的電壓，根據有關避雷器工作條件，避雷器額定電壓應大於972kV;採用EMTP電磁暫態仿真軟體計算了採用不同避雷器額定電壓時，系統發生短路故障時斷路器瞬態恢復電壓的最大峰值如表3所示，避雷器額定電壓取996kV，恢復電壓峰值較高，超過了有關標準(DL/T402-2007《高壓交流斷路器訂貨技術條件》)的要求，因此選取避雷器額定電壓為972kV。表2不同避雷器額定電壓時的恢復電壓上升率tableseeoriginaldocumentpage6表3比較了典型750kV系統斷路器採用上述本發明的裝置後與不採用限制措施時的瞬態恢復電壓計算結果。由結果可以看出在發生出口故障時可以將斷路器瞬態恢復電壓的上升率降低64%;在投入串補的情況下，可以將長線故障的瞬態恢復電壓的峰值降低19.6%。表3某750kV系統線路斷路器採用本方法後的瞬態恢復電壓tableseeoriginaldocumentpage6圖3(a)為不採用本發明的裝置時，斷路器瞬態恢復電壓最大峰值的波形，圖3(b)為採用上述本裝置後，斷路器瞬態恢復電壓最大峰值的波形，可以看到採用本裝置後，瞬態恢復電壓峰值大大降低。圖4(a)為不採用本發明的裝置時，斷路器瞬態恢復電壓最大上升率的波形，圖3(b)為採用上述本裝置後，斷路器瞬態恢復電壓最大上升率的波形，可以看到採用本裝置後，斷路器瞬態恢復電壓上升率也大大降低。上面通過特別的實施例內容描述了本發明，但是本領域技術人員還可意識到變型和可選的實施例的多種可能性，例如，通過組合和/或改變單個實施例的特徵。因此，可以理解的是這些變型和可選的實施例將被認為是包括在本發明中，本發明的範圍僅僅被附上的專利權利要求書及其同等物限制。權利要求一種限制斷路器瞬態恢復電壓峰值和上升率的裝置，其特徵在於在高壓電網的斷路器的兩端並聯電容器和避雷器，從而構成斷路器、電容器和避雷器三者並聯的結構，所述電容器用於降低斷路器瞬態恢復電壓的上升率，所述避雷器用於降低斷路器瞬態恢復電壓的峰值。2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述並聯電容器的容抗值的數值大小需要根據高壓電網的具體工程情況進行確定，通過數值仿真的方法研究不同容抗對斷路器瞬態恢復電壓的限制作用，選擇合適的容抗值。3.如權利要求l-2所述的裝置，其特徵在於所述避雷器的額定電壓要根據高壓電網的具體工程情況來確定，選擇避雷器額定電壓時需考慮以下情況首先，所述斷路器兩端電壓在高壓電網系統的最高運行電壓時，且斷路器兩端電壓的相角相差180度時，所述避雷器在這種狀態下應保證能夠長期運行；其次在高壓電網系統發生故障時，斷路器開斷時避雷器應能有效限制斷路器瞬態恢復電壓的峰值到有關國家及行業標準的允許範圍內，為了達到此要求也需通過數值仿真的方法對避雷器選擇合適的值。4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於選擇並聯電容器容抗的容抗值時還要根據高壓電網不同故障的情況採用不同的容抗值，在高壓電網系統發生近距故障以及僅斷路器母線側僅與變壓器相連時，瞬態恢復電壓上升率較高，選擇所述電容器的容抗值應能將發生這些故障時的斷路器瞬態恢復電壓的上升率限制在有關國家及行業標準允許範圍內。5.如權利要求l-4所述的裝置，其特徵在於所述國家及行業標準包括GB1984-2003《高壓交流斷路器》、DL/T402-2007《高壓交流斷路器訂貨技術條件》。6.如權利要求l-5所述的裝置，其特徵在於所述高壓電網的具體工程情況包括系統電壓等級，輸電線路的長度、換位方式、杆塔結構和導線布置、高抗和串補等補償裝置的配置、變電站的布置結構、變壓器的布置結構、避雷器的布置結構、高抗的布置結構等。7.如權利要求l-6所述的裝置，其特徵在於所述數值仿真的方法包括電磁暫態仿真軟體EMTP、加拿大曼尼託巴直流研究中心開發的電磁暫態仿真軟體PSCAD4.2、美國DCG(EMTPDevelopmentCoordinationGroup)發行的電磁暫態仿真軟體EMTP-RV、德國西門子發行的電力系統仿真軟體NET0MAC。全文摘要本發明提出一種限制斷路器瞬態恢復電壓峰值和上升率的裝置，既可以限制斷路器瞬態恢復電壓的上升率又可以限制瞬態恢復電壓的峰值。本發明的裝置是在斷路器的兩端並聯電容器和避雷器以限制斷路器瞬態恢復電壓，並聯電容器可以限制斷路器瞬態恢復電壓的上升率，斷路器兩端並聯避雷器用來限制斷路器瞬態恢復電壓的峰值。文檔編號H02H9/04GK101728825SQ200910237288公開日2010年6月9日申請日期2009年11月13日優先權日2009年11月13日發明者丁彬,孫強,宋瑞華,朱岸明,王曉彤,班連庚,邢琳,鄭彬,韓彬,項祖濤,黃宗君申請人:西北電網有限公司;中國電力科學研究院