计及短路电流直流分量的断路器实际开断能力分析

基于短路电流直流分量衰减时间常数计算,推导了短路全电流有效值计算公式,分析了直流分量对断路器实际开断能力的影响。以特高压交直流入赣的规划电网数据为仿真算例,开展江西电网500 kV和220 kV母线短路电流校核,计算结果表明部分母线的直流分量衰减时间常数会超过相应断路器的标准时间常数,断路器实际开断能力对应的交流分量值将小于额定开断电流。仅考虑短路电流交流分量的校核结果偏于乐观,计及直流分量的校验结果更为苛刻,有利于尽早开展短路电流应对措施研究,最大限度消除电网运行风险,并为断路器选型提供理论参考。     

两起500 kV断路器重合失败分析

针对伊敏发电厂伊敏换流站5043断路器故障失灵动作保护,通过仿真计算,并结合录波图,分析5043断路器开断失败的原因主要是流过断路器的直流分量过大,出现了短路电流长时间不过零点.对影响直流分量大小的因素做了分析研究,得出故障时电压初相角对直流分量的影响较大,发电机参数对直流分量的影响程度较小,分析不同故障点流过断路器的直流分量的大小,找出了直流分量最大的故障点,为断路器重合闸整定时间提供参考依据.     

特高压交直流接入对江西电网短路电流的影响研究

详细分析了特高压交直流接入后江西电网短路电流水平,研究了目前应用最广泛的短路电流限制措施。对江西电网短路电流交流分量达到开断遮断电流90%的节点进行直流分量衰减时间常数计算,研究了江西电网短路电流直流分量对断路器开断能力的影响。分析了江西电网短路电流增加的原因,并提出了应对短路电流超标问题的措施和方法。研究结果为未来2-3年特高压交直流将接入江西电网的规划提供理论依据和技术支持。     

500kV线路单相重合闸事故分析及对策

在超高压电网中,为提高电网安全稳定性,通常采用单相重合闸方式。线路单相跳开后不存在系统非同期合闸问题,传统单相重合闸逻辑及其实现方式简单。2011年1月2日东北电网500kV伊换1号线发生永久性故障,线路单相重合闸失败,短路电流未能成功开断,造成断路器本体损坏,失灵保护动作跳开母线,扩大了电网事故。为规避同类事故的再次发生,深入分析了网络模型特征及其故障机理,提出了反映线路故障的短路电流特征因子,并界定了短路电流特征因子的门槛值,进而可识别出电网中重合闸存在的问题。最后,研究了当电网结构满足该特征时,应采取的电网重合闸方案。通过在实际电网中的运行检验,验证了该重合闸方案的有效性。     

特高压系统中的短路电流直流分量与零点漂移

结合1000 kV特高压试验示范工程及规划的中国特高压电网,研究了交流1100 kV断路器瞬态问题中的短路电流直流分量衰减时间常数及交流电流过零点的漂移现象,在此基础上提出了我国交流1100 kV特高压断路器的工作条件建议,如特髙压断路器试验的短路电流直流分量衰减的时间常数等。     

断路器合闸输电线路单相接地短路故障线路两侧短路电流计算与分析

输电线路发生单相接地故障,当短路故障不能及时消除时,线路两侧的断路器在重合闸操作过程中可能存在合闸短路故障的工况。运行经验表明,线路两侧断路器在合闸短路故障时,流过断路器的短路电流存在延迟过零的现象,从而导致断路器开断失败。文中通过建立单相等值电路模型,理论分析了在不同的合闸短路工况下故障线路两侧断路器流过的短路电流表达式,结论表明,由于后合闸断路器对电路拓扑的改变,使得先合闸断路器中流过的短路电流可能会出现延迟过零。又进一步分析与讨论了合闸初始相角α、间隔时间Δt、幅值比K对短路电流的影响规律。最后,通过在PSCAD/EMTDC软件中搭建仿真模型,以实际电网中电厂送出联络线上故障线路两侧断路器合闸短路故障为例,计算与讨论了故障线路两侧断路器流过的短路电流波形及其延迟过零现象。     

特高压交流输电系统短路电流零点漂移影响因素分析及防治措施

在特高压输电系统中,当线路发生故障时,断路器动作会产生较高的瞬态过电压,其中直流分量部分可能会使故障电流出现零点漂移现象,使断路器灭弧室内燃弧时间延长,影响断路器的开断能力。为此,首先结合特高压示范工程,对影响零点漂移的因素进行了理论分析,并根据浙江北—上海西特高压输电线路,考虑断路器断开时的电弧模型,利用ATP/EMTP进行了仿真计算,得出:影响特高压零点漂移的因素有故障发生时刻、故障点的接地电阻大小、故障点的位置,以及负载电流的大小,其中负载电流的变化可能会引起长达2个周波以上较严重的零点漂移。最后总结出断路器串联50Ω的合闸电阻可有效减小短路电流首次过零时间。     

多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

高压直流（high voltage DC,HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。     

1000kV交流断路器开断电流的直流分量时间常数和零偏现象

为了确定特高压断路器短路开断电流的试验直流分量时间常数,依托本期和远期1000kV晋东南-南阳-荆门示范工程,采用EMTP程序模拟计算方法,研究了影响示范工程断路器直流分量衰减时间常数和零偏现象的因素;提出了将模拟计算的直流时间常数折算至断路器试验值的计算公式;统计分析出远期示范工程三相短路直流分量时间常数折算后最长为112ms,因此建议我国特高压断路器直流分量衰减时间常数可选120ms,并得到示范工程采用。特高压断路器开断时间内电流产生零偏现象有接地短路故障、合空线、并网前单相接地和合空变4种工况,这4种工况都不会损坏断路器,可不采取装分闸电阻的应对措施。     

超导故障限流器抑制短路电流直流分量的仿真分析

短路电流中的周期分量和直流分量对系统短路容量都有贡献,而后者在工程应用中没有引起足够的重视.目前我国宁夏、上海、广州等电网普遍面临短路电流直流分量超标,系统保护装置难以可靠清除故障的状况,严重威胁电力系统的安全可靠性.基于此,本文提出使用超导故障限流器在限制短路电流幅值的同时,抑制短路电流直流分量的方法,缓解断路器的开断负担.目前超导限流器对短路电流直流分量的抑制效果及在高直流分量系统超导限流器的设计方法尚不清楚.因此,搭建了超导故障限流器模型,以330 kV系统为例,研究了不同直流分量时间常数下超导限流器阻值与直流分量的关系,提出了超导故障限流器失超阻值的优化设计方法.结果表明在不同的短路故障条件下,超导限流器对直流分量的抑制效果均非常明显,能有效提高系统的可靠性.     

电力系统短路电流直流分量及其对断路器开断能力的影响

短路电流中的周期分量和直流分量对系统短路容量都有贡献,而后者在工程应用中没有引起足够的重视。从仿真计算和实际故障录波2方面介绍了超高压输电网中短路电流直流分量的衰减情况,定量估计了直流分量对运行中的断路器开断能力的影响。最后,对运行中的断路器的开断能力和关合能力做出了综合评价,并得出结论:如果按短路电流周期分量校核断路器开断能力,则需要留有10%～30%的裕度,以考虑开断电流中可能存在的直流分量;限制运行中的断路器使用的仍是其开断能力而不是其关合能力。     

特高压断路器的瞬态恢复电压研究

结合晋东南—南阳—荆门1 000 kV特高压试验示范工程，研究了交流1100 kV断路器瞬态问题中的断路器开断短路电流或失步解列后的瞬态恢复电压(transient recovery voltage，TRV)内容。在此基础上提出了我国交流1100 kV特高压断路器的工作条件建议，分析了特高压断路器TRV问题的前景。认为我国特高压电网断路器在不采用分闸电阻的条件下，可满足IEC断路器扩展标准和正在修订的我国电力行业断路器标准中对TRV的要求。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

重合时序对交直流混联输电系统暂态稳定裕度的影响

单相重合闸技术可以提高供电可靠性,但合于永久故障时是对系统的又一次冲击,因此研究重合的时序对系统暂态稳定裕度的影响是十分必要的。文中以南方电网2005年丰大运行方式下安顺—天生桥500 kV线路发生单相接地短路为例,在未有效区分永久故障和瞬时故障的前提下,以FASTEST为仿真工具,考查了重合闸时序对系统暂态稳定裕度的影响。仿真研究表明,改变线路两侧轮流投入无压检定的做法,由线路非故障侧投入无压检定首先重合,不仅可以较大幅度地提高系统暂态功角、电压和频率稳定裕度,也可以改善2次切断短路电流的断路器的工作条件。并提出了一种与故障测距算法相结合的在线修正线路两侧投入重合闸顺序的方案,以期减少重合于永久故障时对系统的再次冲击,提高系统的暂态稳定性。