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電壓等級斷路器在特殊工況下的直流分量標(biāo)準(zhǔn)衰減時間常數(shù)分別為120ms、75ms、60ms；由于電力變壓器及發(fā)電機的X/R值較大，直流分量的時間常數(shù)幾乎完全取決于電力變壓器及附近發(fā)電機，通常超過斷路器的標(biāo)準(zhǔn)衰減時間常數(shù)，并且可能長至150ms。

目前的短路電流計算過程中，通常忽略直流分量對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，直流分量衰減時間常數(shù)增加，直流分量對斷路器工作條件的影響逐漸凸顯。直流分量的時間常數(shù)越長，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，這樣會加重斷路器開斷的負(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估方法已無法可靠評估斷路器在實際工況下的真實開斷能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有斷路器開斷能力評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估方法，可考慮短路電流直流分量對斷路器開斷能力的影響，精確評估斷路器在實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估方法，包括以下步驟：

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

步驟二、基于短路電流計算網(wǎng)絡(luò)F，計算短路點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計算得到短路電流直流分量衰減時間常數(shù)T_A,dc，計算方法如下式：

步驟三、判斷實際網(wǎng)絡(luò)中短路點A直流分量衰減時間常數(shù)T_A,dc是否大于短路點A裝設(shè)的斷路器標(biāo)準(zhǔn)衰減時間常數(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A直流分量，I″_A為交流分量有效值，γ為短路點阻抗角，ψ_U為短路時刻電壓角度，則全電流有效值表達(dá)式如下：

則采用斷路器在實際工況與標(biāo)準(zhǔn)工況下的全電流等效原則可對斷路器的實際開斷能力I″_sc,A進行評估，其中t_min為斷路器實際開斷時間，是與斷路器具體型號相關(guān)的常數(shù)，實際工況與標(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、比較實際工況下短路點A的斷路器實際開斷能力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，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。

進一步的，步驟一中的短路點A周期分量有效值I″_A和步驟二中的短路點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計算得到。

本發(fā)明針對電力系統(tǒng)短路電流直流分量衰減時間常數(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估斷路器在滅弧過程中電弧釋放的能量，實際運行工況下短路點直流分量衰減時間常數(shù)超過斷路器標(biāo)準(zhǔn)衰減時間常數(shù)時，提出了全電流等效原則來評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估方法可有效評估各類型斷路器的短路電流實際開斷能力，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估方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實施案例選用電網(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間常數(shù)關(guān)系圖。

具體實施方式

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

請參考圖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估方法，包括如下步驟：

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

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

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

步驟三、判斷實際網(wǎng)絡(luò)中短路點A直流分量衰減時間常數(shù)T_A,dc是否大于短路點A裝設(shè)的斷路器標(biāo)準(zhǔn)衰減時間常數(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A直流分量，I″_A為交流分量有效值，γ為短路點阻抗角，ψ_U為短路時刻電壓角度。則全電流有效值表達(dá)式如下：

則采用斷路器在實際工況與標(biāo)準(zhǔn)工況下的全電流等效原則可對斷路器的實際開斷能力I″_sc,A進行評估，其中t_min為斷路器實際開斷時間，是與斷路器具體型號相關(guān)的常數(shù)，實際工況與標(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、比較實際工況下短路點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，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)明實施案例選用某省2016年220kV及以上網(wǎng)絡(luò)來進行仿真計算，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。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)斷路器開斷能力計算為例對本發(fā)明所提出的基于全電流等效原則的斷路器開斷能力評估方法進行闡述。

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

表1短路電流周期分量有效值計算結(jié)果

2、以某省2016年220kV及以上網(wǎng)絡(luò)為例，計算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，并計算得到短路電流直流分量衰減時間常數(shù)T_A,dc。

表2短路電流直流分量衰減時間常數(shù)計算結(jié)果

3、根據(jù)GB 1984-2003《高壓交流斷路器》，500kV電壓等級斷路器在特殊工況下直流分量標(biāo)準(zhǔn)衰減時間常數(shù)T_dc,N為75ms，表2中衰減時間常數(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、針對表2中直流分量衰減時間常數(shù)超過75ms的母線，根據(jù)全電流等效原則評估其斷路器開斷能力。斷路器實際開斷時間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，在實際工況下的短路電流開斷能力I″_sc,A評估結(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估策略可用于各種電壓等級各種型號斷路器的開斷能力計算，其評估結(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)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，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)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。