本發(fā)明涉及一種在電力系統(tǒng)中的高壓斷路器抗短路電流能力的校核方法，屬電力系統(tǒng)分析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國社會(huì)的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，電網(wǎng)規(guī)模越來越大。相應(yīng)的電網(wǎng)電壓等級(jí)越來越高，電網(wǎng)負(fù)荷及電源日益增加，電網(wǎng)中的線路、變壓器等設(shè)備的增加使電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，在增加供電可靠性的同時(shí)導(dǎo)致電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問題日漸突出。短路電流的大小對(duì)于電網(wǎng)的規(guī)劃及運(yùn)行(如電氣主接線的選擇，電氣設(shè)備及導(dǎo)體的選擇，斷路器的配置，限流措施等)，保護(hù)與控制(如各種繼電保護(hù)裝置的配置及其參數(shù)整定)有著重大的影響。

為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)電網(wǎng)中的斷路器抗短路能力進(jìn)行校核，當(dāng)斷路器需要開斷的電流超過斷路器額定短路開斷電流(即斷路器開斷容量)時(shí)需要采取更換斷路器、開斷線路、加裝限流電抗器等措施來保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

當(dāng)前的斷路器短路電流仿真計(jì)算分析中，主要是計(jì)算基波周期分量。但短路電流中，除了基波周期分量外，還有直流分量。以前，由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大，x/r數(shù)值并不是特別高，忽略直流分量，用短路電流周期分量校核斷路器開斷能力并不會(huì)引起太大問題。但隨著當(dāng)前電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器容量的增大和輸電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高，各元件的x/r比值增大，短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)逐漸增大。在有些情況下，只采用短路電流周期分量而忽略直流分量校核斷路器開斷能力將產(chǎn)生嚴(yán)重問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，為保證在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)高壓斷路器能可靠地開斷短路電流，提供一種斷路器抗短路能力校核方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

通過采用電力系統(tǒng)仿真程序計(jì)算或根據(jù)錄波采集得到斷路器的短路電流值，比較該短路電流值與斷路器額定短路開斷電流數(shù)值(即斷路器開斷能力)，當(dāng)短路電流超過斷路器開斷能力的90％時(shí)，需要進(jìn)一步考慮短路電流直流分量的影響，計(jì)算直流分量衰減時(shí)間常數(shù)，當(dāng)該時(shí)間常數(shù)大于斷路器短路電流衰減的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間常數(shù)時(shí)，則判定該斷路器開斷能力不足。

本發(fā)明斷路器抗短路電流能力校核分析方法通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：

1.獲取斷路器短路電流。通過電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真計(jì)算或由安裝在電網(wǎng)中的錄波裝置獲取斷路器短路電流數(shù)據(jù)，該電流為流經(jīng)斷路器的全電流數(shù)據(jù)，包括基波周期分量以及直流分量。

2.短路電流直流分量獲取。采用包絡(luò)線法獲取短路電流中所含的直流分量，如圖1所示，正弦短路電流波形的上部及下部均有包絡(luò)線，取波形上下包絡(luò)線的平均值，即可求出短路電流的直流分量曲線。

3.短路電流時(shí)間常數(shù)計(jì)算。采用指數(shù)擬合法進(jìn)行短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)的計(jì)算。設(shè)短路電流直流分量為i(t)，則有指數(shù)函數(shù)現(xiàn)需要根據(jù)直流分量數(shù)值確定函數(shù)表達(dá)式中的a值及時(shí)間常數(shù)tdc。為了計(jì)算方便，假定a＝e^a，(a,b為待求量)，則有i＝e^a+bt，對(duì)表達(dá)式兩邊取對(duì)數(shù)，得ln(i)＝a+bt，令y＝ln(i)，于是y(t)＝a+bt。

(1)根據(jù)短路電流直流分量數(shù)據(jù)計(jì)算出直流分量數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)值：

yk＝ln(ik)(k＝1，2，……，n)(1)

(2)根據(jù)直流分量數(shù)據(jù)寫出關(guān)于兩個(gè)未知數(shù)a、b的n個(gè)方程的超定方程組(方程數(shù)多于未知數(shù)個(gè)數(shù)的方程組)

a+btk＝y(tǒng)k(k＝1，2，……，n)(2)

(3)在公式(2)中，記向量x＝[a,b]^t,y＝[y1,y2,...,yn]^t,記矩陣

則方程(2)變?yōu)椋?/p>

ax＝y(tǒng)(4)

可求出方程(4)的最小二乘解為：

x＝(a^ta)^-1(a^ty)(5)

即為a、b的值，從而可以得到直流分量數(shù)值確定函數(shù)表達(dá)式中的a值及時(shí)間常數(shù)tdc。

4.比較短路電流直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)是否超標(biāo)，如果超過《高壓交流斷路器》規(guī)定的范圍，需要比較短路電流基波分量是否超過斷路器額定開斷容量的90％，如果超過，則判定為該斷路器短路電流超標(biāo)，需要考慮采取更換大容量斷路器、開斷線路等降低短路電流措施。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是：現(xiàn)有的電網(wǎng)安全校核中一般不包括短路電流直流分量的計(jì)算，本發(fā)明提供了一種直流分量計(jì)算以及衰減時(shí)間常數(shù)的計(jì)算方法，通過比較本方法計(jì)算出的斷路器短路電流直流分量時(shí)間常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間常數(shù)的差異，可以確定斷路器是否存在短路容量不足的風(fēng)險(xiǎn)，以及時(shí)采取必要的預(yù)防措施。

本發(fā)明方法適用于電力系統(tǒng)斷路器抗短路電流能力的校核計(jì)算。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高壓斷路器抗短路電流能力的校核方法流程框圖；

圖2為包絡(luò)線法示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例短路電流波形；

圖4為本實(shí)施例短路電流直流分量的圖形。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例高壓斷路器抗短路電流能力的校核方法流程如圖1所示。

本發(fā)明的具體實(shí)施方式包括以下步驟：

1.斷路器短路電流獲取。有兩種方式，一是通過仿真計(jì)算方式，建立電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)模型，在模型中模擬母線故障(此時(shí)斷路器的短路電流最大)，獲取斷路器短路電流數(shù)據(jù)；二是直接從電網(wǎng)中安裝的錄波器中獲取，對(duì)于電網(wǎng)中的短路故障，錄波器會(huì)記錄每次故障前后流經(jīng)斷路器短路電流的數(shù)據(jù)，可以通過獲取該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本實(shí)施例中給出了某斷路器短路電流的波形圖如圖3所示。

2.短路電流直流分量的計(jì)算。如圖3所示的短路電流波形，采取如圖2所示的包絡(luò)線法得到短路電流直流分量的曲線，本實(shí)施例中短路電流直流分量的圖形如圖4所示，得到的直流分量的坐標(biāo)為(0.01,27.46)，(0.03,19.2)，(0.05,13.43)，(0.07,9.39)，(0.09,6.57)，(0.11,4.6)，(0.13,2.33)，(0.15,2.26)，(0.17,1.58)，(0.19,1.11)，(0.21,0.78)，(0.23,0.55)，(0.25,0.39)，(0.27,0.27)，(0.29,0.19)，(0.31,0.14)，(0.33,0.095)，(0.35,0.067)，(0.37,0.046)。

3.計(jì)算短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)。根據(jù)公式(1)，求出直流分量的自然對(duì)數(shù)向量為(3.31,2.95,2.6,2.24,1.88,1.53,1.17,0.81,0.46,0.1,-0.25,-0.6,-0.95,-1.3,-1.65,-2.0,-2.35,-2.7,-3.08)。按式(5)可求出超定方程組(4)的最小二乘解為x＝(a,b)＝(3.49,-17.73)，從而直流分量衰減時(shí)間常數(shù)

4.比較短路電流直流分量的衰減時(shí)間常數(shù)是否超標(biāo)，按照《高壓交流斷路器》規(guī)定的范圍，額定電壓為220kv的短路時(shí)間常數(shù)為60ms，因此只需要比較短路電流基波分量是否超過斷路器額定開斷容量即可，按照此前的計(jì)算，該斷路器的最大短路電流在允許范圍內(nèi)，無需采取額外的短路電流限制措施。