CN1768405A - 确定高压线路上断路器合闸时刻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在A，B或C三相中的一相发生故障的情况下，触头7A，8A，7B，8B，7C，8C分开后，确定三相高压电网上断路器的合闸时刻的方法，所述合闸时刻的确定方法包括以下步骤：——测量电压UL_A0，UL_B0和UL_C0，——测量电压US_A0，——确定电压US_A0，US_B0和US_C0，——计算差值UL_AB，UL_AC和UL_BC，——计算差值US_AB，US_AC和US_BC，——根据电压差确定合闸时刻。

Description

确定高压线路上断路器合闸时刻的方法

技术领域

本发明涉及一种确定电网上断路器重合闸时刻的方法，该电网包括三相传输线和高压电源。本发明所涉及的方法尤其适于超高压线，也就是具几百千伏的额定电源电压。

背景技术

这种电网可根据由图1中示出的等效电路的第一近似模拟而成。该电网1包括：

——电源S，

——三相传输线L，

——断路器6，

——并联补偿电抗器5，

——容性变压器4。

电源电压S为具有例如额定值500kV且电网频率是50Hz的特高电压。

三相传输线L是例如长400km、能够传输A，B和C三相的线路。

本发明所指的断路器的意思既指由三个独立的各自与一相有关的单极命令控制的断路器又指由一个单独的三极命令控制的断路器。通常三相断路器6包括至少三个断开室，每个断开室与A、B或C三相中的一相相连。如果额定电压较高，可以将多个断开室串联起来。因此，断路器6包括至少三对触头，每一对触头与线路L的三相中的一相相连，并且如果相连的一相上发生故障，通过断开两个触头就可以切断电源S和线路L之间的电流，第一个触头设在电源S侧，第二个触头设在线路侧。如图1所示，只有两个触头7和8与断路器6的一相相连。

并联补偿电抗器5例如是一个电感线圈，它允许在较长的高压电力传输线上进行容性无功功率的补偿。

设置在线路始端的容性变压器4被用来测量断路器线路侧的电压。

由断路器的动作产生的能量传输网结构上的突然改变将引起急剧的瞬时过电压，被称作操作过电压，其在整个电网上传播。这些操作过电压可能发生在断路器开闸或合闸的时候。由于不需要重启功能的断路器已经普及(也就是具有在跳闸后断路器的自动恢复)，因此断路器在闭合线路特别是线路重合闸时线上仍然包含束缚电荷，从而会出现最高过电压。

该问题的第一种解决方案由包括与一对辅助触头串联的所谓的闭合电阻的辅助系统组成，所述辅助系统与所述断开室并联连接。该辅助触头在主触头接触前被开动少许时刻，以在电路中插入该闭合阻抗。这种两步接合可以十分有效地降低闭合过电压。

虽然该第一种解决方案非常有效，但是具有高成本的缺点。

第二种解决方案在于采用电子同步装置取代闭合阻抗来控制断路器的合闸时间。所述装置使得对高压传输线的同步操作成为可能。

因此，当在高压线上发生一个单相故障(占线路故障的90％以上)时，在某些电网中，通过打开断路器的三极来消除该故障，继之以几乎直接的重合闸(在300ms和1s之间)，试图确保运行的连续性。在这种情况下，其中的两相因此由其中的一个线路端断路器空载切换。在重合闸时，在这两个空载相上，断路器触头必须在适当的时刻闭合(也就是在断路器触头端的电压几乎为零时)，以将过电压限制在一个适当的值上。这一时刻是根据电网的配置变化的，并且应由封闭算法按照被提供的从电网上测得并的电压信号来确定。重合闸适当时刻的选择基于对每个非故障相的断路器触头端子上的电压的分析。

然而采用第二种方案也带来了一些困难。

例如在断路器打开后，由并联电抗器补偿的线路具有这样的特性，在电网频率的约50％到90％的频率上振荡。该振荡频率主要与线路的容量以及它的并联补偿电抗有关。断路器端子上的电压由此根据补偿的幅度或多或少地出现明显振动，该补偿的幅度随传输功率而变化。在重合闸的同步期间，需把零振动作为目标来限制过电压。该零振动的测定在下述方面并不容易：在实际操作中故障相将影响另两个非故障相的信号，所以在两个非故障相的断路器的触头端子上的分析得到的信号的波形是非常复杂并且很难分析的。因而，结果不能达到所期望的同步精确度。要获得一个令人满意的也就是具有一个确定可信度的结果，要求所用的封闭算法有一个相对长的收敛时间。

发明内容

本发明旨在提供一种用于确定电网中断路器的合闸时刻的方法，该方法可以在由于一个单极故障出现而导致三极跳闸后，提高要分析信号的品质，从而降低用以确定断路器触头的合闸时刻的算法的收敛周期。

为了实现该目的，本发明提出了一种确定电网中断路器的合闸时刻的方法，所述电网中包括：

——一高压电源；

——三相传输线；

——断路器，其中包括至少三对触头，每对触头与所述传输线的三相中的一相相连，并且如果在相连的那一相上发生故障，则通过断开所述两个触头而切断所述电源和所述传输线间的任一电流，其中，第一触头设在电源侧，而第二触头设在线路侧；

——并联补偿电抗器，用以补偿所述传输线的容性无功功率，

所述合闸时刻在三相中的任一相上发生故障的情况下每对触头分开时确定，

所述合闸时刻的确定是采用以下步骤执行：

——测量每一相的线路侧触头和地之间的电压，

——测量至少一相的电源侧触头和地之间的电压，

——确定每一相的电源侧触头和地之间的电压，

所述合闸时刻之所述确定的特征在于，还包括以下步骤：

——对分别被称作第一相和第二相的两个不同的相进行计算，对所述第一相计算线路侧触头和地之间的电压差，并对所述第二相计算线路侧触头和地之间的电压差，对每对不同的相执行该计算；

——对所述第一相计算电源侧触头和地之间的电压差，并对所述第二相计算电源侧触头和地之间的电压差，对每对不同的相执行该计算；

——依据所述电压差确定所述合闸时刻。

依据本发明，确定合闸时刻的算法采用与电源侧和线路侧上两相之间的信号差相对应的输入数据。由于采用了本发明方法，因此特别是计算线路侧和电源侧两个非故障相之间的电压差成为可能。故障相影响两个非故障相的信号，并且由于采用了两个非故障相之间的信号差，所以有可能消除故障相的影响。这样，其形状更容易分析的信号得到恢复。这使得采用对于给定可信度减少了收敛时间的合闸时刻确定算法成为可能。由于事先不知道哪一相是故障相，所以需要计算每对不同的相的差值。

优点是，所述合闸时刻之所述确定是通过比较线路侧和电源侧的两个非故障相之间的所述电压差来完成的。

优点是，所述合闸时刻之所述确定通过对一个瞬间的确定来完成，在该瞬间，与线路侧和电源侧上两个非故障相之间的所述电压差相对应的两个信号基本上相等，并且在所述瞬间附近的非零时间间隔内显示出相同单调性。

优点是，每一相电源侧触头和地之间的电压值的所述确定通过对在至少一相的电源侧触头和地之间测得的所述电压执行120°和240°的相移而完成。

优点是，对每一相的线路侧触头和地之间的电压的所述测量借助于变压器完成。

通过下面给出的本发明的实施方式的描述，本发明的其他的特点和优点将更加明显，这些实施方式的作用是用于说明而绝不是进行限定。

附图说明

在下面的附图中：

——图1给出了超高压电网的等效电路图。

——图2示意表示例如图1中所示的超高压线的三相，其中使用了本发明的方法。

——图3表示用本发明的方法得到的两个电压信号。

在所有的附图中，同一元件采用相同的附图标记表示。

图1已与现有技术相关联地作了描述。

图2是例如图1中所示线路的高压线中A，B和C三相的曲线图，在这些相中使用了本发明的方法。

具体实施方式

断路器6包括三对触头(7A，8A)，(7B，8B)和(7C，8C)，每对触头与A，B或C三相中的一相相连，并且如果相连的那一相上发生故障，通过分开两个触头而允许操作断开电源S和线路L之间的任一电流，其中，第一触头设在电源侧，第二触头设在线路侧。

让我们假设A，B或C三相中的一相出现了故障；结果断路器6的三相A，B和C跳闸，因此将电源侧S从线路侧L上分开；当然，一旦单相发生故障断路器的三极就跳闸。

本发明的方法的目标是提供一种用易于分析的数据信号确定断路器6合闸时刻的算法。该算法应确定合闸时刻，在该时刻在断路器触头端子上的电压基本为零。所使用的算法可以是例如采用Prony方法的算法、人工神经识别的算法或是子波分析算法，如在文章“子波及并行算法”(Y.Meyer，Hermanm，1992)中描述的。

本发明的方法包括测量A，B和C三相的线路侧触头和地之间的电压UL_A0，UL_B0和UL_C0的第一步骤。这三相的测量借助于三个容性变压器来完成的，该容性变压器没有示出，每个变压器与一相连接。

同时，该方法还包括测量A，B或C三相中至少一相的电源侧触头和地之间的电压的步骤。设US_A0为A相电源侧触头和地之间的电压。

B相和C相的触头和地之间的两个电压US_B0和US_C0是通过将信号US_A0相移120°和240°而推出的。

本发明的方法于是包括计算下面六个差值的步骤：

US_A0-US_B0＝US_AB

US_A0-US_C0＝US_AC

US_B0-US_C0＝US_BC

UL_A0-UL_B0＝UL_AB

UL_A0-UL_C0＝UL_AC

UL_B0-UL_C0＝UL_BC

这六个差值中一部分是电源侧上两个不同相之间的三个电压差，另一部分是线路侧上两个不同相之间的三个电压差。

假设最初的故障涉及A相。

具有故障的A相影响到两个非故障相B和C相。差值US_B0-US_C0＝US_BC以及UL_B0-UL_C0＝UL_BC可使A相在B相和C相上的影响得以消除，A相以基本上同样的方式在其他两个非故障相B相和C相上起作用。在这种方法中，所得到的两个信号比直接通过US_B0-UL_B0和US_C0-UL_C0的差值得到的信号具有更易于分析的形式；这样的差值留有故障相带来的干扰，并且为后面的分析提供了很难分析的信号。

应注意，需要计算六个差值，而不仅仅涉及非故障相的差值，因为事先并不知道哪个相是故障相。

然后，对应于信号US_AB，US_AC，US_BC，UL_AB，UL_AC和UL_BC的六个差值作为输入数据被提供给确定算法，该确定算法将确定断路器6的闭合命令的时刻。

图3因此示出了当A相发生故障时与时间相关的电压差值US_BC(＝US_B0-US_C0)和UL_BC(＝UL_B0-UL_C0)的例子。信号US_BC和UL_BC接近于正弦曲线信号，几乎未被干扰且因而对于确定算法而言分析相对容易。

确定闭合时刻T的一种方式包括确定例如在US_BC和UL_BC两个信号基本上相等且在时刻T附近的非零时间间隔表现相同单调性的时刻。图3中示出的两个箭头给出时间T两个选择例(在第一种情况，US_BC、UL_BC两个信号在T附近增长，在第二中情况US_BC、UL_BC两个信号在T附近减小)。

当然，本发明不局限于刚描述过的实施方式。

特别地，已经描述了借助于容性变压器测量每一相的线路侧触头和地之间的电压，但是也可以采用感性变压器来实现。

Claims (5)

1.一种确定电网上断路器(6)的合闸时刻的方法，所述电网包括：

——高压电源(S)；

——三相传输线(L)；

——断路器(6)，包括至少三对触头(7A，8A；7B，8B；7C，8C)，每对触头与所述传输线(L)的三相(A，B，C)中的一相相连，并且当相连的一相上发生故障时，可通过断开所述两个触头而切断所述电源(S)和所述传输线(L)之间的任一电流，其中，第一触头设在电源侧，第二触头设在线路侧；

——并联补偿电抗器(5)，用于补偿所述传输线(L)的容性无功功率，在三相中的任一相上发生故障，每对触头分开时，确定所述合闸时刻，所述合闸时刻的确定用以下步骤完成：

——测量每一相的线路侧触头和地之间的电压(UL_A0，UL_B0，UL_C0)，

——测量至少一相的电源侧触头和地之间的电压(US_A0)，

——确定每一相的电源侧触头和地之间的电压(US_A0，US_B0，US_C0)，

所述合闸时刻之所述确定的特征在于，还包括以下步骤：

——对于分别被称作第一相和第二相的两个不同的相，计算所述第一相的线路侧触头和地之间的电压差(UL_AB，UL_AC，UL_BC)，并计算所述第二相的线路侧触头和地之间的电压差，该计算对每对不同的相执行；

——计算所述第一相的电源侧触头和地之间的电压差(US_AB，US_AC，US_BC)，并计算所述第二相的电源侧触头和地之间的电压差，该计算对每对不同的相执行；

——依据所述电压差确定所述合闸时刻。

2.根据前述权利要求中的用于确定在电网上断路器合闸时刻的方法，其特征在于，所述合闸时刻(T)之所述确定通过比较线路侧和电源侧的两个非故障相之间的所述电压差(US_BC，UL_BC)来完成。

3.根据前述权利要求中的用于确定在电网上断路器合闸时刻的方法，其特征在于，所述合闸时刻(T)之所述确定通过确定这样一个瞬间来完成，在该瞬间，与线路侧和电源侧的两个非故障相之间的所述电压差(US_BC，UL_BC)相对应的两个信号基本上相等，并且在所述瞬间附近的非零时间间隔表现出相同的单调性。

4.根据前述权利要求中的任一项的用于确定在电网上断路器合闸时刻的方法，其特征在于，每一相的电源侧触头和地之间的电压(US_A0，US_B0，US_C0)之所述确定，通过将至少一相的在电源侧触头和地之间测得的所述电压(US_A0)相移120°和240°来完成。

5.根据前述权利要求中的任一项的用于确定在电网上断路器合闸时刻的方法，其特征在于，每一相的线路侧触头和地之间的电压之所述测量，借助于变压器(4)来完成。

Images