一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法

摘要

本发明提供一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，解决了无法通过计算获得后开两极电流参数的问题。其包括以下步骤，步骤1，发生三相短路故障，得到首开相过零时刻t0之前，流过断路器的各相电流；步骤2，首开相过零时刻t0之后，分别对后两开极电流的交流分量和直流分量进行独立的矢量运算，得到相应的表达式；步骤3，将计算得到的交流分量和直流分量进行叠加，得到后开两极电流参数。本发明得到的后开两极电流表达式适用于中心点有效接地系统和中性点非有效接地系统，在对交流分量和直流分量分别进行矢量计算后，将对称分量法得到的矢量图中交流分量与由边界条件限制的直流分量叠加便可得到次开极与后开极电流计算公式。

说明书

技术领域

本发明涉及高压交流断路器短路试验技术领域，具体为一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法。

背景技术

我国电力系统分为中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统。发生三相短路故障时，短路电流分别由交流分量和直流分量两部分组成。试验方式T100a是用来考核断路器由触头分离时刻决定开断条件严酷程度的一项型式试验。

直接试验中，只要首开极电流参数(最后电流半波峰值最后半波持续时间Δt，电流零点直流分量百分数以及电流过零点斜率di/dt)及瞬态恢复电压(TRV)波形满足标准要求，次开极与晚开极参数自动满足。但随着电力系统容量不断增加，对于断路器型式试验提出了更高的要求，由于实验室容量限制，电压等级更高的断路器只能采用等效的合成试验法。在合成试验法中需要通过次开极与晚开极电流最后半波参数计算非对称故障条件下瞬态恢复电压(TRV)参数的修正值。国际电工委员会发行的<IEC 62271-101 High-voltageswitchgear and controlgear-Part 101:Synthetic testing>中给出了部分时间常数τ时的后开两极电流参数，但并未完全覆盖我国国家标准《GB 1984-2014高压交流断路器》中所有时间常数的情况(如τ＝100ms时)。目前并未提出非对称故障条件下(T100a)后开两极电流参数的计算方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，解决了无法通过计算获得后开两极电流半波峰值半波持续时间Δt，电流零点直流分量百分数以及电流过零点斜率di/dt的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，包括以下步骤：

步骤1，发生三相短路故障，得到首开相过零时刻t₀之前，流过断路器的各相电流，如下所示，

其中，α为合闸相角，为功率因数角，τ为固有时间常数，I_m为短路电流交流分量的峰值；

步骤2，首开相过零时刻t₀之后，分别对后两开极电流的交流分量和直流分量进行独立的矢量运算，得到相应的表达式；

步骤3，将计算得到的交流分量和直流分量进行叠加，得到后开两极电流参数。

优选的，当非对称故障发生在中性点非有效接地系统时，具体步骤如下，

步骤1，发生三相短路故障时，流过断路器的电流为：

其中，α为合闸相角，为功率因数角，τ为固有时间常数，I_m为短路电流交流分量的峰值；

步骤2，t₀时刻A相短路电流在过零时首先熄弧，t≥t₀时，后开极电流的交流分量为，

直流分量为，

其中，K为后开两极变成单相回路时的直流分量衰减系数；

步骤3，t≥t₀时，后开极电流表达式为，

进一步，步骤1)中，将短路电流分解为交流分量和直流分量进行独立运算。

进一步，步骤3)中，系统固有参数直到三相电流全部开断时未发生改变，即时间常数τ保持不变。

优选的，当非对称故障发生在中性点有效接地系统时，具体包括步骤如下，

步骤1，发生三相短路故障时，流过断路器的电流为：

其中，α为合闸相角，为功率因数角，τ为固有时间常数，I_m为短路电流交流分量的峰值；

步骤2，具体包括如下步骤，

步骤2.1，t₀时刻A相短路电流在过零时首先熄弧，利用对称分量法，当首开极系数等于1.3时，即X₁＝X₂，X₀＝3X₁，得到，

t≥t₀时，B、C两相电流的交流分量表达式为，

B、C两相电流的直流分量相同，且表达式为，

其中，K₁为首开级开断后剩余相中电流直流分量衰减系数；

步骤2.2，t₁时刻，次开级C相短路电流在过零时熄弧，利用对称分量法得到，

t≥t₁时，晚开极电流的交流分量表达式为，

晚开极电流的直流分量表达式为，

其中，K₂为次开极开断后剩余相中电流直流分量衰减系数；

步骤2.3，由步骤2.1和2.2的计算结果得到，

当t₀≤t＜t₁时，次开极与晚开极电流表达式为：

当t≥t₁时，晚开极电流变为：

进一步，步骤2.1中，当首开极系数等于1.2时，X₁＝X₂，X₀＝2X₁。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明是一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，得到的后开两极电流表达式适用于中心点有效接地系统和中性点非有效接地系统，在对交流分量和直流分量分别进行矢量计算后，将对称分量法得到的矢量图中交流分量与由边界条件限制的直流分量叠加便可得到次开极与后开极电流计算公式。据此表达式很容易求解各极电流半波峰值半波持续时间Δt，电流零点直流分量百分数以及电流过零点斜率di/dt，为合成试验时计算非对称故障条件下TRV参数修正系数提供了理论依据。

进一步的，在计算交流分量时，利用对称分量法，能够得到交流分量从首开相开断到三相电流最终开断过程中的变化过程；在计算直流分量时，利用电流连续性原理，能够得到直流分量从首开相开断到三相电流最终开断过程中的变化过程。

附图说明

图1是本发明实例1中所述的中性点非有效接地系统中首开极A相熄弧后等效电路。

图2是本发明实例1中所述的中性点非有效接地系统中电压与电流交流分量矢量路。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

本发明一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，针对中性点非有效接地系统，包括以下步骤：

1)发生三相短路故障时，流过断路器的电流为：

其中，α为合闸相角，为功率因数角，τ为固有时间常数，I_m为短路电流交流分量的峰值。将短路电流分解为交流分量和直流分量进行独立运算。

2)t₀时刻A相短路电流在过零时首先熄弧，后开两极串联变为单相回路，各点电压及电流方向如图1所示，利用电路原理得到各点电压及电流向量关系如图2所示，可得t≥t₀时，后开极电流的交流分量为：

3)系统固有参数直到三相电流全部开断时并未发生改变，即时间常数τ保持不变，因此后开极直流分量将继续以e^-t/τ的指数形式衰减，仅是初始值发生改变，因此t≥t₀时，后开极电流表达式为：

其中，K为后开极变成单相回路时的直流分量衰减系数。K可以通过t₀时刻的约束条件获得：

实施例2

本发明一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，针对中性点有效接地系统，包括以下步骤：

1)发生三相短路故障后，t₀时刻A相短路电流在过零时首先熄弧，利用对称分量法，当首开极系数等于1.3时，即X₁＝X₂，X₀＝3X₁，可以得到t≥t₀时，B、C两相电流的交流分量表达式为：

2)t₁时刻次开级C相短路电流在过零时熄弧，利用对称分量法，可以得到t≥t₁时，晚开极电流的交流分量表达式为：

3)叠加直流分量后，便可得到次开极与晚开极电流表达式。当t₀≤t＜t₁时，次开极与晚开极电流表达式为：

当t≥t₁时，晚开极电流变为：

其中，K₁，K₂分别为首开级与次开极开断后剩余相中电流直流分量衰减系数。

4)利用与式(4)同样的边界条件，求解得到相应K₁，K₂值。

实施例3

本发明一种用于非对称故障条件下后开两极电流参数的计算方法，针对中性点有效接地系统，对于首开极系数等于1.2的情况，将X₁＝X₂，X₀＝2X₁代入运算，其余过程与实施例2相同。