基于电流注入法的非对称短路开断试验(T100a)TRV参数计算与研究

高压交流断路器开断电力系统中的非对称短路故障时,由于短路电流是交流分量和直流分量的叠加,导致最后电流熄弧半波为大半波或小半波,电流过零熄弧点电源电压偏离峰值,暂态恢复电压(TRV)峰值将低于断路器开断对称短路故障情况下的数值。通过电流零点的对称短路故障(T100s)和非对称短路故障(T100a)的电流表达式,应用电流注入法原理,得出以T100s的TRV参考电压为基础,T100a的TRV参考电压的修正系数,以此来获得T100a在大、小半波开断时的TRV参考电压。研究内容为大容量试验站进行T100a试验时,评定TRV参数是否满足标准要求的范围,为试验时TRV调频装置L、R、C元件参数的调整提供了理论依据。     

非对称电流开断试验T100a电流零点di/dt及TRV峰值u_c的计算

针对非对称短路电流开断电流零点di/dt及暂态恢复电压(TRV)峰值uc计算的复杂性,建立了非对称短路故障开断的等效电路模型,推导出首开极分别在大半波、小半波末过零熄弧的情况下,电流零点的di/dt及两参数TRV峰值uc的标幺值表达式,并得出两者表达式的一致性和关联性。经过分析与简化处理国家标准GB 1984—2014附录P中uc的修正公式,验证了推导结论的正确性。因此,电流零点的di/dt的标幺值表达式可以修正uc,计算结果表明修正误差和电流零点直流分量p、峰值时间t3成正比,当时间常数τ增大时,Δuc将整体增大,但均在标准要求的偏差范围内。最后,给出了非对称短路电流开断试验T100a时电流零点di/dt及Δuc的计算数值,可以作为T100a试验时的理论参考与依据。     

直流分量时间常数对断路器非对称开断性能影响分析

从短路电流的有效值、燃弧时差、电弧能量等方面分析了直流分量时间常数对断路器非对称电流开断性能的影响,给出了非对称短路计算模型及计算方法。结果表明直流分量时间常数越大,短路电流中直流分量越大且衰减越慢,燃弧时差越大,电弧能量越大,电流过零时di/dt降低,TRV参数亦有所降低,且非对称电流开断时,直流分量时间常数增大将导致断路器的开断条件变得苛刻。     

断路器试验方式T100a中最长燃弧时间试验分析

目前断路器标准中的试验方式T100a主要有两种试验程序,其中一种在额定非对称度小半波末确定最短燃弧时间,例如GB/T 1984—2014《高压交流断路器》;另一种在中等非对称度大半波末确定最短燃弧时间,例如GB/T 4473—2018《高压交流断路器的合成试验》。通过比较发现两种试验程序使用的最大燃弧窗口差异较大,GB/T 4473—2018中的最大燃弧窗口明显小于GB/T 1984—2014中的最大燃弧窗口。为了研究GB/T 4473—2018中较小的燃弧窗口能否覆盖实际开断过程中可能出现的最长燃弧时间工况,文中对开断三相非对称电流时可能出现的最长燃弧时间工况进行系统参数计算,并从最后电流半波参数、燃弧窗口、电荷转移量以及电流能量4个方面与GB/T 4473—2018中长燃弧试验的试验参数进行比较、分析,得到以下结论：一是GB/T 4473—2018中长燃弧试验对实际工况的覆盖情况与最短燃弧时间有关;二是当最短燃弧时间较短时,GB/T 4473—2018中的长燃弧试验可以覆盖实际开断过程中可能出现的最长燃弧时间所对应工况。     

高压交流断路器三相合成试验技术分析与讨论

三相共箱型高压交流断路器的大容量短路开断与关合试验依据标准要求进行三相合成试验。文中通过对国家标准《GB 1984—2014高压交流断路器》、IEC标准《IEC 62271-101:2012 synthetic testing》和新版IEC标准《IEC 62271-101:2017 synthetic testing》中关于三相短路关合合成试验和三相短路开断合成试验的试验程序和燃弧时间进行解读与分析,并介绍了三相共箱断路器进行三相全电压关合试验T100s(a),三相对称额定短路电流开断试验T100s(b)和三相非对称额定短路电流开断试验T100a的试验回路与试验实施。     

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。     

断路器短路关合过程数值分析模型及在选相关合中的应用北大核心CSCD

合理控制高压断路器的关合和开断时刻可以在一定程度上降低系统中的暂态过程,选相关合和开断一直是高压断路器在工程应用中的关注点。文中通过等效电路建立了高压交流断路器不同期短路关合过程计算的数值分析模型,可以计算得到任意时刻的全电流、断口电压、交流分量电流和直流分量电流。通过验算国家标准GB/T 30846—2014第4.102规定的短路关合峰值系数验证了计算模型的正确性,并计算了中性点有效接地系统不同期短路关合的峰值系数。最后,应用两个算例分析与讨论了中性点有效接地系统和非有效接地系统中断路器的选相关合技术,结果表明:经过选相关合技术可以有效降低短路电流的峰值系数及直流分量。     

高压断路器电流零点延迟开断回路计算及试验

高压断路器利用交流电弧过零熄灭这一机理来完成电流开断,但随着特高压工程和直流电网的建设,系统中会出现电流零点延迟现象,对高压断路器的开断造成影响。采用非同步三相短路故障回路,分析了电流零点延迟现象产生的原因,并采用PSCAD软件对回路进行了仿真计算。计算表明：发生B、C两相短路时,当A相电流源电压的初始相位角α为90°或270°时,回路具有最大的直流分量,此时当两相短路经过5 ms发展成三相短路时,在B相中产生正向电流延迟零点现象;当两相短路经过15 ms发展成三相短路时,在C相中产生负向电流延迟零点现象。利用此现象,研究开发了一种电流延迟零点合成试验回路,并实现了高压断路器的电流延迟零点开断试验验证,结果表明断路器在开断过程中产生的电弧电阻会使回路中直流分量减小,从而导致电流延迟零点时间减小。     

断路器专用名词浅解——之四

1.对称开断电流与非对称开断电流断路器的额定短路开断电流由两个值表征:交流分量(周期分量)有效值和直流分量(非周期分量)百分数.开断电流的交流分量有效值称为对称开断电流,含有直流分量时称非对称开断电流.开断电流的交流分量和直流分量可由图-1确定.在断路器触头分离瞬间,对称开断电流与非对称开断电流之间有下列关系:非对称开断电流=K·对称开断电流     

断路器合成试验瞬态恢复电压调节线路的确定

为满足IEC62271-100:2001和GB1984-2003《高压交流断路器》的新要求,研究了高压交流断路器合成试验瞬态恢复电压(TRV)调节线路。分析国内外合成试验时所用各种TRV调节线路后设计了一种便于大功率试验站合成试验室实施的调节线路。计算了试验电压126kV等级,试验电流40、31.5、25kA的开断电流100%(T100)和60%(T60)、近区故障、失步开断共12个试验方式的TRV调节线路参数。利用ATP软件仿真了所设计的合成试验TRV调节线路的波形,并且用低压模拟的方法进行了验证,得出了实际试验运行时采用的TRV调节线路参数,满足了新标准要求。研究对象为仅由回路参数决定的TRV,即“预期TRV”。因新的IEC标准及GB中对TRV的要求变化主要为用四参数表示的标准值,故仅研究四参数TRV调节线路。对于试验方式T30、T10(126kV等级),该TRV调节线路可以很方便改接为两参数调频回路。     

基于坐标系转换的TRV波形包络线与标准值参数计算方法研究

暂态恢复电压(TRV)标准值参数是考核高压交流断路器在大容量试验站进行短路开断试验时的一项重要指标。文中提出了一种基于坐标系转换的TRV波形包络线与标准值参数计算方法,通过对TRV波形数据经过数学运算由笛卡尔坐标系转换到极坐标系下,进一步对极坐标系下的TRV波形数据计算可以得出与TRV波形相切的3条直线(两参数TRV)或4条包直线(四参数TRV)所组成的包络线以及TRV的标准值参数。应用该计算方法所获得TRV标准值参数,为大容量试验站进行短路开断试验时,预期TRV调试时试验回路R、L、C元件参数的调整以及试验后TRV参数的读取与评定提供了理论依据。     

计及短路直流分量的支路断路器开断能力校核

随着电力系统互联规模的扩大,电网抗阻比越来越大,迫使短路电流直流分量衰减时间常数越来越大,进而影响了断路器的开断能力。目前,实际电网对断路器开断能力的校核通常仅考虑短路点的周期分量,而未考虑直流分量和支路短路电流的影响。首先对比分析各种断路器校核中考虑直流分量校核断路器开断能力的折减方法;然后,结合分支短路电流直流分量的计算方法,考虑断路器动作顺序,制定断路器开断能力校核方法;最后,结合某地区电网计算故障点连接分支上的短路电流周期分量和直流分量,以校核断路器开断能力。算例表明采用折减系数法可以充分考虑直流分量衰减时间常数对开断能力的影响,为电网规划运行和设备选型提供参考依据。     

大容量发电机断路器主要特性分析

发电机断路器具有额定电流大、开断短路电流直流分量高、开断瞬态恢复电压(TRV)上升快等特点,分析了这些特点产生的原因,并阐述了目前解决这些特性问题的主要方法,即利用电弧特性避免短路电流长延时过零、断路器两端加装吸收电容限制TRV上升率,为大容量发电机选型提供参考。     

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。     

三相非对称故障开断试验探讨

通过分析影响断路器开断非对称故障的因素,介绍了以反映暂态恢复电压的电流零点的非对称水平、电流变化率以及反映电弧能量的最后电流半波的幅值、持续时间等参数为判据进行非对称故障开断的试验方法。     

126 kV/50 kA合成试验回路参数设计及仿真

合成试验回路是一种经济、有效的断路器开断性能测试平台,在很好地评估断路器性能的同时,能兼顾经济性和等价性。为了更精确地模拟电力系统发生短路故障时断路器所处的环境,进行不同电压电流等级和不同试验方式下合成试验回路的参数设计。利用MATLAB/Simulink软件搭建合成试验回路的仿真模型,验证参数的准确性,对不同情况下的仿真波形进行分析,结果符合预期。所设计的合成试验回路的投切参数满足GB 1984—2003《高压交流断路器》和GB/T 4473—2008《高压交流断路器的合成试验》的要求,可以进行单相试验容量为126 kV/50 kA、试验方式T100/T60的断路器开断试验。最后在MATLAB/GUI模块上设计了参数自动计算模块以供实验室使用。     

特高压电网短路电流过零点偏移现象仿真分析

输电线路短路电流过零点偏移会对高压断路器的开断造成影响．从而影响系统的安全运行。针对特高压输电线路发生单相短路时短路电流中更容易产生较大直流分量引起电流过零点偏移的现象,通过简化电路的理论分析和仿真计算得出了影响单相短路电流直流分量衰减和零点偏移的多种因素．包括系统结构和短路条件等。并建立ATP Draw模型进行仿真。验证了理论分析的正确性。在此基础上。综合考虑各种因素得出可能造成我国特高压系统短路电流严重零点偏移的情况.     

特高压电网短路电流过零点偏移现象仿真分析

输电线路短路电流过零点偏移会对高压断路器的开断造成影响,从而影响系统的安全运行。针对特高压输电线路发生单相短路时短路电流中更容易产生较大直流分量引起电流过零点偏移的现象,通过简化电路的理论分析和仿真计算得出了影响单相短路电流直流分量衰减和零点偏移的多种因素,包括系统结构和短路条件等,并建立ATPDraw模型进行仿真,验证了理论分析的正确性。在此基础上,综合考虑各种因素得出可能造成我国特高压系统短路电流严重零点偏移的情况。     

考虑短路电流直流分量的福建沿海地区220 kV电网运行方式研究

目前电网规划短路电流计算分析仅关注短路电流交流分量,但随着新版《电力系统安全稳定导则》的贯彻执行,断路器的开断能力还应考虑短路电流的直流分量.基于福建沿海地区220 kV目标网架,本文分析比较福建沿海地区220 kV目标网架采用不同运行方式下的断路器实际开断能力,结果表明:采用500 kV站主变2-2分列运行方式可有效降低短路电流直流分量,进而保证220 kV母线短路电流交流分量有效值在断路器实际开断能力内.     

电弧对发电机断路器电源侧短路电流开断能力的影响分析

发电机断路器电源侧短路电流具有较大的非对称度,在特殊工况下,甚至会出现电流延迟过零的现象。笔者结合实际工程中的发电机参数,计算了考虑电弧前后发电机断路器电源侧短路电流的变化,阐述了电源侧短路电流出现延迟过零的原因,分析了电弧对电源侧预期短路电流的影响。对比发电机断路器电源侧预期短路电流计算结果和系统侧短路电流开断试验数据,分析了发电机断路器电源侧短路电流的开断能力,尤其是具有延迟电流零点短路电流的开断能力,其结果可作为确定发电机断路器电源侧短路电流开断能力的参考依据。