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    重庆时时彩开奖最快的: 一种基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201611075204.7

    申请日:

    2016.11.30

    公开号:

    CN106772025A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/333申请日:20161130|||公开
    IPC分类号: G01R31/333; G01R31/327 主分类号: G01R31/333
    申请人: 国家电网公司; 国网湖北省电力公司电力科学研究院
    发明人: 刘海光; 蔡德福; 周鲲鹏; 李大虎; 曹侃; 唐泽洋; 王涛; 黄文涛; 何俊; 董航; 周楚; 万黎; 刘曼佳
    地址: 100031 北京市西城区西长安街86号
    优先权:
    专利代理机构: 武汉楚天专利事务所 42113 代理人: 孔敏
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611075204.7

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法,属于电网安全稳定与控制领域。本发明引入全电流有效值的概念来评估断路器在灭弧过程中电弧释放的能量,电力系统发生短路后,短路电流中含有周期分量和直流分量,求解实际运行工况下短路点直流分量衰减时间常数,若超过断路器标准衰减时间常数,则通过断路器实际运行工况与标准运行工况下全电流有效值等效原则,开展断路器短路电流开断能力评估。最后,通过对比断路器的开断能力与实际工况下短路电流,查找电网运行存在的风险点。本发明可有效评估各类型断路器的短路电流实际开断能力,为电网中短路电流抑制措施的制定及断路器选型提供依据。

    权利要求书

    1.一种基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法,其特征在于包括如下步骤:
    步骤一、给定短路电流计算网络F,在系统全接线全开机方式下,计算短路点A周期分量
    有效值I″A;
    步骤二、基于短路电流计算网络F,计算短路点A的等效电阻R及等效电抗X,由等效电阻
    R、等效电抗X及系统角频率ω计算得到短路电流直流分量衰减时间常数TA,dc,计算方法如
    下式:
    <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>X</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mi>&omega;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
    步骤三、判断实际网络中短路点A直流分量衰减时间常数TA,dc是否大于短路点A装设的
    断路器标准衰减时间常数Tdc,N:若TA,dc>Tdc,N,则执行步骤四;若TA,dc≤Tdc,N,则断路器实际开
    断能力I″sc,A为其额定短路电流开断能力Isc,N,如下式所示:
    I″sc,A=Isc,N
    步骤四、电力系统发生短路后,短路点A全电流表达式为:
    <mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <msubsup> <mi>I</mi> <mi>A</mi> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> </mrow> </msubsup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&psi;</mi> <mi>U</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>&gamma;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <msubsup> <mi>I</mi> <mi>A</mi> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <mi>X</mi> </mfrac> <mi>&omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&gamma;</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&psi;</mi> <mi>U</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    其中IA,ac为常规交流分量,IA,dc为短路点A直流分量,I″A为交流分量有效值,γ为短路
    点阻抗角,ψU为短路时刻电压角度,则全电流有效值表达式如下:
    <mrow> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>m</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msubsup> <mi>I</mi> <mi>A</mi> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <msubsup> <mi>I</mi> <mi>A</mi> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <mi>X</mi> </mfrac> <mi>&omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>I</mi> <mi>A</mi> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> </mrow> </msubsup> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mfrac> <mi>t</mi> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
    则采用断路器在实际工况与标准工况下的全电流等效原则可对断路器的实际开断能
    力I″sc,A进行评估,其中tmin为断路器实际开断时间,是与断路器具体型号相关的常数,实际
    工况与标准工况的全电流等效表达式如下:
    <mrow> <msubsup> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>A</mi> </mrow> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> </mrow> </msubsup> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>=</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
    根据上式可得到断路器实际开断能力I″sc,A为其额定短路电流开断能力Isc,N之间的关
    系如下:
    <mrow> <msubsup> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>A</mi> </mrow> <mrow> <mo>&prime;</mo> <mo>&prime;</mo> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>/</mo> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>;</mo> </mrow>
    步骤五、比较实际工况下短路点A的断路器实际开断能力I″sc,A与短路电流周期分量有
    效值I″A的关系:若I″A≤I″sc,A,则断路器可有效开断实际工况下考虑直流分量影响的短路
    电流;若I″A>I″sc,A,则系统发生短路后断路器存在失灵风险,需从断路器选型或网络结构优
    化方面加以解决。
    2.如权利要求1所述的基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法,其特征在于:
    步骤一中的短路点A周期分量有效值I″A和步骤二中的短路点A的等效电阻R及等效电抗X由
    电力系统分析综合程序软件PSASP计算得到。

    说明书

    一种基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法

    技术领域

    本发明涉及电网安全稳定与控制领域,具体是一种基于全电流等效原则的断路器
    开断能力评估方法。

    背景技术

    电力系统发生短路后,短路电流中含有周期分量和直流分量,直流分量以电力网
    络的时间常数衰减。GB 1984—2003《高压交流断路器》规定:1000kV、500kV、220kV电压等级
    断路器在特殊工况下的直流分量标准衰减时间常数分别为120ms、75ms、60ms;由于电力变
    压器及发电机的X/R值较大,直流分量的时间常数几乎完全取决于电力变压器及附近发电
    机,通常超过断路器的标准衰减时间常数,并且可能长至150ms。

    目前的短路电流计算过程中,通常忽略直流分量对断路器开断能力的影响,即以
    短路电流交流分量有效值不超过断路器额定开断能力为判据。然而随着电压等级的升高,
    大容量变电站及发电厂的集中投产,系统X/R值不断增大,直流分量衰减时间常数增加,直
    流分量对断路器工作条件的影响逐渐凸显。直流分量的时间常数越长,短路电流大半波峰
    值越大,灭弧过程中电弧释放的能量也越大,这样会加重断路器开断的负担。采用常规的不
    考虑直流分量的断路器开断能力评估方法已无法可靠评估断路器在实际工况下的真实开
    断能力。

    发明内容

    本发明主要是解决现有断路器开断能力评估方法中存在的问题,首次提出了一种
    基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法,可考虑短路电流直流分量对断路器开断
    能力的影响,精确评估断路器在实际工况下的开断能力。

    本发明的上述问题通过以下技术方案来解决的:

    一种基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法,包括以下步骤:

    步骤一、给定短路电流计算网络F,在系统全接线全开机方式下,计算短路点A周期
    分量有效值I″A;

    步骤二、基于短路电流计算网络F,计算短路点A的等效电阻R及等效电抗X,由等效
    电阻R、等效电抗X及系统角频率ω计算得到短路电流直流分量衰减时间常数TA,dc,计算方
    法如下式:


    步骤三、判断实际网络中短路点A直流分量衰减时间常数TA,dc是否大于短路点A装
    设的断路器标准衰减时间常数Tdc,N:若TA,dc>Tdc,N,则执行步骤四;若TA,dc≤Tdc,N,则断路器实
    际开断能力I″sc,A为其额定短路电流开断能力Isc,N,如下式所示:

    I″sc,A=Isc,N

    步骤四、电力系统发生短路后,短路点A全电流表达式为:


    其中IA,ac为常规交流分量,IA,dc为短路点A直流分量,I″A为交流分量有效值,γ为
    短路点阻抗角,ψU为短路时刻电压角度,则全电流有效值表达式如下:


    则采用断路器在实际工况与标准工况下的全电流等效原则可对断路器的实际开
    断能力I″sc,A进行评估,其中tmin为断路器实际开断时间,是与断路器具体型号相关的常数,
    实际工况与标准工况的全电流等效表达式如下:


    根据上式可得到断路器实际开断能力I″sc,A为其额定短路电流开断能力Isc,N之间
    的关系如下:


    步骤五、比较实际工况下短路点A的断路器实际开断能力I″sc,A与短路电流周期分
    量有效值I″A的关系:若I″A≤I″sc,A,则断路器可有效开断实际工况下考虑直流分量影响的
    短路电流;若I″A>I″sc,A,则系统发生短路后断路器存在失灵风险,需从断路器选型或网络结
    构优化方面加以解决。

    进一步的,步骤一中的短路点A周期分量有效值I″A和步骤二中的短路点A的等效
    电阻R及等效电抗X由电力系统分析综合程序软件PSASP计算得到。

    本发明针对电力系统短路电流直流分量衰减时间常数不断增加导致的断路器开
    断能力受限问题,提出了全电流有效值的概念评估断路器在灭弧过程中电弧释放的能量,
    实际运行工况下短路点直流分量衰减时间常数超过断路器标准衰减时间常数时,提出了全
    电流等效原则来评估断路器短路电流开断能力。本发明所提出的断路器开断能力评估方法
    可有效评估各类型断路器的短路电流实际开断能力,为电网中短路电流抑制措施的制定及
    断路器选型提供依据。

    附图说明

    图1是本发明基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法的流程示意图;

    图2是本发明实施案例选用电网的500kV网络结构拓扑图;

    图3是本发明断路器开断容量与直流分量衰减时间常数关系图。

    具体实施方式

    下面将结合具体实施例和附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

    请参考图1,本发明提供一种基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法,包
    括如下步骤:

    步骤一、给定短路电流计算网络F,在系统全接线全开机方式下,利用电力系统分
    析综合程序软件(Power System Analysis Software Package,PSASP)计算短路点A周期分
    量有效值I″A。

    步骤二、基于短路电流计算网络F,利用电力系统分析综合程序软件计算短路点A
    的等效电阻R及等效电抗X,计算得到短路电流直流分量衰减时间常数TA,dc,计算方法如下
    式:


    其中,ω为系统角频率,可通过ω=2πf计算得到,若系统频率为f=50Hz,则ω=
    100π。

    步骤三、判断实际网络中短路点A直流分量衰减时间常数TA,dc是否大于短路点A装
    设的断路器标准衰减时间常数Tdc,N:若TA,dc>Tdc,N,则执行步骤四;若TA,dc≤Tdc,N,则断路器实
    际开断能力I″sc,A为其额定短路电流开断能力,如下式所示:

    I″sc,A=Isc,N

    步骤四、电力系统发生短路后,短路点A全电流表达式为:


    其中IA,ac为常规交流分量,IA,dc为短路点A直流分量,I″A为交流分量有效值,γ为
    短路点阻抗角,ψU为短路时刻电压角度。则全电流有效值表达式如下:


    则采用断路器在实际工况与标准工况下的全电流等效原则可对断路器的实际开
    断能力I″sc,A进行评估,其中tmin为断路器实际开断时间,是与断路器具体型号相关的常数,
    实际工况与标准工况的全电流等效表达式如下:


    根据上式可得到断路器实际开断能力I″sc,A为其额定短路电流开断能力Isc,N之间
    的关系如下:


    步骤五、比较实际工况下短路点A的断路器开断能力I″sc,A与短路电流周期分量有
    效值I″A的关系:若I″A≤I″sc,A,则断路器可有效开断实际工况下考虑直流分量影响的短路
    电流;若I″A>I″sc,A,则系统发生短路后断路器存在失灵风险,需从断路器选型或网络结构优
    化方面加以解决。

    本发明实施案例选用某省2016年220kV及以上网络来进行仿真计算,但本发明内
    容不限于具体网络结构及电网的具体电压等级。其具体的案例电网500kV网络拓扑结构图
    如附图2所示,本实施案例将以500kV主变的高压侧母线相关断路器开断能力计算为例对本
    发明所提出的基于全电流等效原则的断路器开断能力评估方法进行阐述。

    1、以某省2016年220kV及以上网络为例,在系统全接线全开机方式下,计算500kV
    主变高压侧母线短路故障后周期分量有效值I″A,计算结果如表1所示:

    表1短路电流周期分量有效值计算结果



    2、以某省2016年220kV及以上网络为例,计算500kV主变高压侧母线短路故障后的
    等效电阻R及等效电抗X,并计算得到短路电流直流分量衰减时间常数TA,dc。

    表2短路电流直流分量衰减时间常数计算结果



    3、根据GB 1984-2003《高压交流断路器》,500kV电压等级断路器在特殊工况下直
    流分量标准衰减时间常数Tdc,N为75ms,表2中衰减时间常数超过75ms的故障母线主要有三
    峡电厂、葛大江、宜都,需采用全电流等效原则评估其断路器开断能力,其余母线相关断路
    器开断能力即为其额定开断能力Isc,N。

    4、针对表2中直流分量衰减时间常数超过75ms的母线,根据全电流等效原则评估
    其断路器开断能力。断路器实际开断时间tmin=25ms,断路器额定遮断容量Isc,N=63kA,则
    该类型断路器开断能力与直流分量衰减时间常数的关系如下:


    断路器开断能力I″sc,A与直流分量衰减时间常数TA,dc之间的关系如附图3所示,以
    三峡右二电厂为例,其直流分量衰减时间常数TA,dc=108.4ms,通过上式求解得到其短路电
    流开断能力I″sc,A为59.7kA。

    根据上述全电流等效原则及步骤三,在实际工况下的短路电流开断能力I″sc,A评
    估结果如表3所示。

    表3基于全电流等效原则的断路器开断能力评估结果



    5、比较表1中短路电流周期分量有效值I″A与表3中断路器开断能力I″sc,A,除玉贤、
    凤凰山500kV母线短路故障后I″A>I″sc,A外,其余500kV母线断路器均可有效开断实际工况下
    考虑直流分量影响的短路电流。

    以上基于全电流等效原则的断路器开断能力评估策略可用于各种电压等级各种
    型号断路器的开断能力计算,其评估结果可指导电网短路电流抑制措施的制定及断路器选
    型。

    以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的?;し段Р⒉痪窒抻诖?,任何
    属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应
    涵盖在本发明的?;し段е?。因此,本发明的?;し段вΩ靡匀ɡ蟮谋;し段?。

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    一种 基于 电流 等效 原则 断路器 能力 评估 方法
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