CN102412568B - 调整线路保护动作时序解决断路器电流延迟过零的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种调整线路保护动作时序解决断路器合分闸过程中电流延迟过零的方法。对于存在预伏单相接地故障的带并联电抗器线路进行合空线操作时，由于电流直流偏置较大，若按照目前普遍采用的线路保护动作时序，即线路保护检测到故障后控制线路断路器立即三相同时分闸，有可能导致线路断路器分闸失败，目前的主要应对措施无法彻底解决此问题。本发明对线路保护动作时序进行合理调整。若线路上存在预伏单相接地故障，则在三相合空线时，线路保护检测到故障后，首先控制故障相线路断路器单相分闸，在一定时间后，健全相电流直流偏置衰减至电流可以过零，再控制健全相线路断路器分闸。

Description

调整线路保护动作时序解决断路器电流延迟过零的方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种调整线路保护动作时序解决断路器合分闸过程中电流延迟过零的方法。

背景技术

根据电力系统运行和试验经验，线路断路器在合闸带有高压并联电抗器的线路时，断路器电流直流分量可能较大，有可能出现电流长时间不过零的情况，若合闸后立即进行分闸操作，有可能由于电流长时间不过零而无法熄弧，造成断路器损坏。在实际中，若线路存在预伏单相接地故障时断路器合空线，根据目前普遍采用的保护动作时序，线路保护动作命令断路器三相立即分闸，有可能会出现这种情况。

对于电流直流分量问题，常见的抑制措施有装设合闸电阻、采用选相操作断路器等，但根据研究，这两种方法都无法完全消除电流直流偏置现象。

我国超/特高压线路通常都带有高压并联电抗器。若线路存在预伏单相接地故障，断路器进行合空线操作，此时由于单相重合闸操作闭锁，根据目前普遍采用的保护动作时序，合空线后线路保护动作会命令断路器三相立即分闸。此时流过健全相断路器的电流有可能出现较大的直流偏置，导致电流长时间不过零，无法熄弧。断路器合于存在预伏单相接地故障的空载线路的典型电流波形如图1所示。

由图1可见，对于故障相来说，由于故障电流交流分量很大，电流仍可以过零；而对于健全相，断路器电流直流偏置往往很大，导致电流不过零时间很长，可达1s。对于高压交流系统中常用的SF₆断路器，若电流不过零，则无法熄弧。而如果燃弧时间过长(典型的正常燃弧时间为20ms)，有可能造成断路器损坏。

针对该工况下电流直流偏置问题，目前常见的抑制措施包括：

(1)在断路器上装设合闸电阻

在断路器上装设合闸电阻，合闸时合闸电阻先投入，再将主触头合上。这样可以对合闸过程产生的电流直流偏置起到一定的抑制作用。

(2)采用选相操作断路器

根据研究，合带并联电抗器线路时电流的不过零时间与合闸相位有关。图2为单相合空线时典型的电流不过零时间与合闸相位的关系，其中，电压以余弦函数表示，合闸相位0°、180°对应电压峰值。如图可见，断路器在电压峰值(0°、180°相位)附近合闸时，电流不过零时间最短，约为ms量级；而在电压过零(90°、270°相位)附近合闸时，电流不过零时间最长，可达零点几s。对于线路存在预伏单相接地故障合空线的情况，由于受相间耦合等因素的影响，健全相电流不过零时间与合闸相位的关系要复杂一些，典型的如图3所示，总体而言仍为电压过零附近合闸时电流不过零时间较长，电压峰值附近合闸时电流不过零时间较短；但是即便恰好在电压峰值点处合闸，健全相电流不过零时间仍有可能达到0.2s甚至超过0.4s。

采用选相操作断路器的原理是，通过控制断路器在电压峰值附近合闸，以缩短电流不过零时间。

以上所述的电流直流偏置抑制措施均各自存在不足，无法彻底解决断路器合分闸过程中产生的电流延迟过零问题。

1)采用合闸电阻

根据国内外超高压电网运行统计结果，断路器装设合闸电阻时，合闸电阻本身出现故障的概率高于某些严重的多相故障。而根据运行经验，线路存在预伏单相接地故障合空线操作出现的概率很低。

另外，使用合闸电阻的最大问题是其所需的能量很大，断路器生产厂家制造能力很难满足要求，其造价也相当昂贵。

根据研究结论，采用合闸电阻也并不能完全消除电流直流偏置。

2)采用选相操作断路器

由于目前的制造工艺及控制系统精度，选相操作存在一定的随机时间偏差，其范围通常为±30°。而三相输电线路存在预伏单相接地故障合空线时，如图3，健全相电流不过零时间与合闸相位的关系也存在一定的分散性。由于存在这两个随机因素，采用选相操作断路器仍有可能出现电流长时间不过零的情况，最长不过零时间有可能超过0.6s，显著大于断路器正常燃弧时间(典型的为20ms)。

另一方面，为抑制电流长时间不过零现象，要求选相操作断路器在电压峰值附近合闸；而对于合空线操作，在电压峰值附近合闸会导致合空线操作过电压高。这两方面对合闸相位的要求是相悖的。

发明内容

本发明的目的是，克服以上不足，提出一种通过调整线路保护动作时序，延迟分断健全相线路，避免在对存在预伏单相接地故障线路合空线时，由于电流延迟过零造成断路器分闸失败的方法。

依据本发明的一种调整线路保护动作时序解决断路器合分闸过程中电流延迟过零的方法，对于电力系统中带有并联电抗器补偿的输电线路，在进行合空线操作时，其单相重合闸操作闭锁。为避免由于线路上存在预伏单相接地故障导致线路断路器分闸失败，在合空线时，将线路保护动作时序调整为先分故障相、再分健全相。

上述线路保护动作时序为：若线路上存在预伏单相接地故障，则在三相合空线后，线路保护首先控制故障相单相分闸，在经过一定时间的延时(典型的如1s左右或若干s)后，健全相电流直流偏置衰减至电流可以过零，再控制健全相分闸。时序图如图4所示。

具体线路保护动作时序如下：

1)对存在预伏单相接地故障的线路进行三相合空线操作；

2)线路保护检测到线路存在单相接地故障，控制故障相线路断路器单相分闸；

3)经过一段延时后(典型的如1s左右或若干s)，线路保护控制健全相线路断路器分闸。

本发明的有益效果是：

本发明提出的调整线路保护时序避免合空线时由于存在预伏单相接地故障导致断路器分闸失败，方法简单易行，也不需要增加设备，具有良好的可靠性和经济性。这种方法与其它保护兼容，也不会对系统及设备安全运行产生影响，具有良好的适用性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1线路存在预伏单相接地故障，三相合空线时，开关电流的典型波形；

图2单相合空线时电流不过零时间与合闸相位的典型关系；

图3线路存在预伏单相接地故障时合空线，健全相电流不过零时间与合闸相位的典型关系；

图4本发明提出的线路保护动作时序。

具体实施方式

按照目前普遍采用的线路保护动作时序，对于正常运行的线路，若线路上出现单相接地故障，线路保护控制两侧线路断路器单相跳闸，然后在一定时间后(典型的为1s左右)单相重合闸，若故障仍存在，线路保护控制两侧断路器三相跳闸；而对于未投运的线路，单相重合闸操作闭锁，即，如果线路上存在预伏单相接地故障，则在合空线时，线路保护检测到故障后控制断路器立即三相同时分闸。

本发明提出的线路保护动作时序为，若线路上存在预伏单相接地故障，则在三相合空线后，线路保护首先控制故障相单相分闸，在一定时间后，健全相电流直流偏置衰减至电流可以过零，再控制健全相分闸。时序图如图4所示。

可行性分析

(1)对于高压断路器，其三相合分闸控制互相独立，具备先分故障相、后分健全相的可操作性。

(2)线路存在预伏单相接地故障时，合空线后，故障相电流的交流分量很大，不会因电流直流偏置导致电流长时间不过零，如图1a所示。因此，故障相先分，不存在电流延迟过零的问题。

(3)对于健全相，其流过的电流远低于故障电流，断路器延后分断不会影响系统安全。

(4)健全相延迟1s左右通常可以满足要求。对于具体工程，可根据实际参数进行调整。

(5)故障相先分闸，健全相再分闸，并联电抗器中性点小电抗会流过较大的电流。根据某500kV输变电工程的计算结果(健全相延迟1s分闸)，其电流峰值约为100A左右，并在10s内衰减到零。不会导致小电抗损坏。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (2)

1.一种调整线路保护动作时序解决断路器合分闸过程中电流延迟过零的方法，其特征在于：

对于电力系统中带有并联电抗器补偿的输电线路，在进行合空线操作时，其单相重合闸操作闭锁，为避免由于线路上存在预伏单相接地故障导致线路断路器分闸失败，在合空线时，将线路保护动作时序调整为先分故障相、再分健全相；

上述线路保护动作时序为：若线路上存在预伏单相接地故障，则在三相合空线后，线路保护首先控制故障相单相分闸，在经过一定时间的延时后，健全相电流直流偏置衰减至电流可以过零，再控制健全相分闸。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体线路保护动作时序如下：

1)对存在预伏单相接地故障的线路进行三相合空线操作；

2)线路保护检测到线路存在单相接地故障，控制故障相线路断路器单相分闸；

3)经过一段延时后，线路保护控制健全相线路断路器分闸。

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