[发明专利]调整线路保护动作时序解决断路器电流延迟过零的方法

说明书

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。