用于确定断路器不均匀系数及校正分压器测量结果的方法

摘要

本发明公开了一种用于确定断路器不均匀系数及校正分压器测量结果的方法，涉及高压交流断路器技术领域，该方法包括：确定断路器电路中的电路元件的参数；建立断路器开断容性负载后的交流等效电路和直流等效电路；获得交直流叠加后的暂态恢复电压；根据叠加后的暂态恢复电压获得断路器断口的电压峰值和分压器的补偿电压；以及根据电压峰值确定断路器断口的不均匀系数、根据补偿电压校正分压器的测量结果。通过上述方法，在断路器电路中的电路元件的参数的影响下，仍可以准确、有效地确定断路器不均匀系数的动态变化，同时对分压器的测量结果进行了校正，得到了工程中与实际工况更加符合的暂态电压分布情况。

说明书

技术领域

本发明涉及高压交流断路器技术领域，具体地，涉及用于确定断路器不均匀系数及校正分压器测量结果的方法。

背景技术

断路器是用来切除安装在高压直流输电工程中换流变压器和交流电源之间的交流滤波器的开关设备，交流滤波器可以抑制换流变压器产生并注入交流系统的特征谐波，还可以向换流站提供无功功率。当直流输送的功率发生变化时，换流站所需的无功功率也将发生变化，因此需要根据需求来投切滤波器。

在断路器切除滤波器后，由于滤波器电容上的残留电压，断口间将承受交直流叠加的恢复电压，恢复电压的峰值将达到交流电压的峰值的二倍。当两个断口的并联电容、并联电阻参数，以及支柱绝缘子参数匹配不合适或变化时，两个断口的电压分布将变得不均匀，且随着时间发生变化，使得其中一个断口所承受的恢复电压负荷过大，甚至超过断路器使用的技术条件，从而导致负荷过重的断口发生击穿，最终导致整个断路器发生复燃或重击穿。

目前，国家标准《GB1984-2014高压交流断路器》中所规定的断路器不均匀系数为一个固定值，即不随时间发生变化，该数值不能反应工程应用中或试验站试验时在上述参数变化的情况下断路器的不均匀系数。因此，建立科学、有效的算法来评估在上述参数影响的情况下，断路器不均匀系数的动态变化尤为重要。

此外，在大容量试验站进行断路器开断容性负载试验时，由于测量设备分压器的引入，使得试验结果与实际工程中对应的工况产生一定的偏差。因此，有必要对试验结果进行校正，以得符合实际工况的暂态电压分布情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定断路器不均匀系数及校正分压器测量结果的方法，该方法可以准确的表达不均匀系数的动态变化，并获得符合实际工况的暂态电压分布情况。

为了实现上述目的，在一方面，本发明的实施方式提供了一种用于确定断路器不均匀系数的方法，该方法包括以下步骤：

确定断路器电路中的电路元件的参数，以获得电流开断瞬间电路元件上的初始电压；

建立断路器开断容性负载后的交流等效电路和直流等效电路；

分别获得交流等效电路和直流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压；

将交流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压和直流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压进行叠加，以获得叠加后的暂态恢复电压；

根据叠加后的暂态恢复电压获得断路器断口的电压峰值；以及

根据电压峰值确定断路器断口的不均匀系数。

优选地，电流开断瞬间电路元件上的初始电压为断路器电路中的交流电源的电压的峰值。

优选地，电路元件包括分别与断路器的两个断口并联的第一电容和第一电阻、第二电容和第二电阻以及位于两个断口之间的支柱绝缘子，参数包括第一电容值、第一电阻值、第二电容值、第二电阻值以及支柱绝缘子的等效电容值、等效电阻值。

优选地，电路元件还包括分压器，分压器包括第一分压器和第二分压器，参数还包括第一分压器的等效电容值、等效电阻值和第二分压器的等效电容值、等效电阻值。

优选地，获得叠加后的暂态恢复电压包括：

获得考虑第一分压器和第二分压器情况下的叠加后的断路器的两个断口的第一暂态恢复电压以及不考虑第一分压器和第二分压器情况下的叠加后的断路器的两个断口的第二暂态恢复电压；

断路器的两个断口的第一暂态恢复电压分别由等式(1)和等式(2)来表达：

其中，

R_e1为第一电阻值，C_e1为第一电容值，R_e2为第二电阻值，C_e2为第二电容值，R₀为支柱绝缘子的等效电阻值，C₀为支柱绝缘子的等效电容值，C₁为第一分压器或第二分压器的等效电容值，R₁第一分压器或第二分压器的的等效电阻值，C_L为容性负载的电容值，E₁₂(t)为两个断口中的一个断口的第一暂态恢复电压，E₂₃(t)为两个断口中的另一个断口的第一暂态恢复电压；

断路器的两个断口的第二暂态恢复电压分别由等式(3)和等式(4)来表达：

其中，

E′₁₂(t)为两个断口中的一个断口的第二暂态恢复电压，E′₂₃(t)为两个断口中的另一个断口的第二暂态恢复电压。

优选地，断路器的断口的不均匀系数由等式(5)来表达：

其中，k为断口的不均匀系数，U_peak为断口的电压峰值，U_S为交流电源的电压的有效值。

在另一方面，本发明的实施方式提供了一种用于校正分压器测量结果的方法，该方法包括以下步骤：

根据叠加后的暂态恢复电压获得分压器的补偿电压；

根据补偿电压校正分压器的测量结果，以获得校正后的电压结果。

优选地，根据叠加后的暂态恢复电压获得分压器的补偿电压包括根据断路器的断口的第一暂态恢复电压和第二暂态恢复电压获得分压器的补偿电压，补偿电压由等式(7)来表达：

Δu(t)＝E′(t)-E(t) 等式(7)

其中，Δu(t)为补偿电压，E(t)为断口的第一暂态恢复电压，E′(t)为断口的第二暂态恢复电压；

校正后的电压结果由等式(8)来表达：

u(t)＝u′(t)+Δu(t) 等式(8)

其中，u′(t)为分压器的测量结果，u(t)为校正后的电压结果。

通过上述技术方案，在断路器电路中的电路元件的参数的影响下，仍可以准确、有效地确定断路器不均匀系数的动态变化，同时对分压器的测量结果进行了校正，得到了工程中与实际工况更加符合的暂态电压分布情况。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一实施方式的用于确定断路器不均匀系数及校正分压器测量结果的方法的流程图；

图2示出了断路器的电路图；

图3示出了断路器开断容性负载瞬间电路元件上的初始电压分布图；

图4示出了断路器开断容性负载后的交流等效电路；

图5示出了断路器开断容性负载后的一直流等效电路；

图6示出了断路器开断容性负载后的另一直流等效电路；以及

图7是根据本发明的一实施方式的用于选择断路器的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明的一实施方式的用于确定断路器不均匀系数及校正分压器测量结果的方法的流程图。如图1所示，在本发明的一实施方式中，提供了一种用于确定断路器不均匀系数的方法，该方法可以包括以下步骤：

在步骤S11中，确定断路器电路中的电路元件的参数，以获得电流开断瞬间电路元件上的初始电压；

在步骤S12中，建立断路器开断容性负载后的交流等效电路和直流等效电路(如图4至图6所示)；

在步骤S13中，分别获得交流等效电路和直流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压；

在步骤S14中，将交流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压和直流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压进行叠加，以获得叠加后的暂态恢复电压；

在步骤S150中，根据叠加后的暂态恢复电压获得断路器断口的电压峰值；以及

在步骤S160中，根据电压峰值确定断路器断口的不均匀系数。

电流开断瞬间电路元件上的初始电压可以例如是断路器电路中的交流电源50的电压的峰值。

图2示出了断路器的电路图，图3示出了断路器开断容性负载瞬间电路元件上的初始电压分布图，如图2和图3所示，断路器为双断口断路器，其中一个断口60位于交流电源50侧，另一个断口60位于容性负载70侧。断路器电路中的电路元件可以包括分别与断路器的两个断口60并联的第一电容10和第一电阻11、第二电容20和第二电阻21以及位于两个断口之间的支柱绝缘子30，电路元件的参数可以包括第一电容值、第一电阻值、第二电容值、第二电阻值以及支柱绝缘子的等效电容值、等效电阻值。

图4示出了断路器开断容性负载后的交流等效电路；图5示出了断路器开断容性负载后的一直流等效电路；图6示出了断路器开断容性负载后的另一直流等效电路。同一电压节点处的并联电容可以等效为一个直流电压源，如图2所示的断路器电路中可以得到两个等效的直流电压源，因此断路器开断容性负载70后的电路结构可以等效为一个交流等效电路和两个直流等效电路，如图4至图6所示。

如图1所示，在本发明的一实施方式中，还提供了一种用于校正分压器测量结果的方法，该方法可以包括以下步骤：

在步骤S151中，根据叠加后的暂态恢复电压获得分压器的补偿电压；

在步骤S161中，根据补偿电压校正分压器的测量结果，以获得校正后的电压结果。

如图2所示，在本发明的一实施方式中，分压器可以包括第一分压器41和第二分压器42，电路元件的参数还可以包括第一分压器的等效电容值、等效电阻值和第二分压器的等效电容值、等效电阻值。

在本发明的优选实施方式中，获得叠加后的暂态恢复电压可以包括：

获得考虑第一分压器和第二分压器情况下的叠加后的断路器的两个断口的第一暂态恢复电压以及不考虑第一分压器和第二分压器情况下的叠加后的断路器的两个断口的第二暂态恢复电压；

断路器的两个断口的第一暂态恢复电压分别由等式(1)和等式(2)来表达：

其中，

R_e1为第一电阻值，C_e1为第一电容值，R_e2为第二电阻值，C_e2为第二电容值，R₀为支柱绝缘子的等效电阻值，C₀为支柱绝缘子的等效电容值，C₁为第一分压器或第二分压器的等效电容值，R₁第一分压器或第二分压器的的等效电阻值，C_L为容性负载的电容值，E₁₂(t)为两个断口中的一个断口的第一暂态恢复电压，E₂₃(t)为两个断口中的另一个断口的第一暂态恢复电压；

断路器的两个断口的第二暂态恢复电压分别由等式(3)和等式(4)来表达：

其中，

E′₁₂(t)为两个断口中的一个断口的第二暂态恢复电压，E′₂₃(t)为两个断口中的另一个断口的第二暂态恢复电压。

断路器的断口的不均匀系数可以由等式(5)来表达：

其中，k为断口的不均匀系数，U_peak为断口的电压峰值，U_S为交流电源的电压的有效值。

在本发明的实施方式中，断口的不均匀系数包括断路器的两个断口的根据考虑分压器情况下的第一暂态恢复电压获得的第一不均匀系数以及根据不考虑分压器情况下的第二暂态恢复电压获得的第二不均匀系数。

断路器的两个断口的第一不均匀系数可以由等式(51)来表达：

其中，k₁、k₂分别为两个断口的第一不均匀系数，U_1peak、U_2peak分别为两个断口的第一电压峰值，U_S为交流电源的电压的有效值。两个断口的第一电压峰值可以根据第一暂态恢复电压获得。

断路器的两个断口的第二不均匀系数可以由等式(52)来表达：

其中，k′₁、k′₂分别为两个断口的第二不均匀系数，U′_1peak、U′_2peak分别为两个断口的第二电压峰值，U_S为交流电源的电压的有效值。两个断口的第二电压峰值可以根据第二暂态恢复电压获得。

在本发明的优选实施方式中，根据叠加后的暂态恢复电压获得分压器的补偿电压可以包括根据断路器的断口的第一暂态恢复电压和第二暂态恢复电压获得分压器的补偿电压，补偿电压可以由等式(7)来表达：

Δu(t)＝E′(t)-E(t) 等式(7)

其中，Δu(t)为补偿电压，E(t)为断口的第一暂态恢复电压，E′(t)为断口的所述第二暂态恢复电压；

校正后的电压结果可以由等式(8)来表达：

u(t)＝u′(t)+Δu(t) 等式(8)

其中，u′(t)为分压器的测量结果，u(t)为校正后的电压结果。

对于如图2所示的双断口断路器，分压器可以包括第一分压器和第二分压器，第一分压器用于测量断路器的两个断口之间的节点电压，第二分压器用于测量断路器的容性负载两端的电压。根据第一暂态恢复电压和第二暂态恢复电压获得的第一分压器和第二分压器的补偿电压可以由等式(70)来表达：

其中，Δu₁₂(t)为第一分压器的补偿电压，Δu₂₃(t)为第二分压器的补偿电压；

根据第一分压器的补偿电压校正第一分压器的测量结果，根据第二分压器的补偿电压校正第二分压器的测量结果，第一分压器和第二分压器的校正后的电压结果可以由等式(80)来表达：

其中，u′₁₂(t)、u'₂₃(t)分别为第一分压器和第二分压器的测量结果，u₁₂(t)和u₂₃(t)为分别为第一分压器和第二分压器的校正后的电压结果。

如图7所示，在本发明的附加实施方式中，还提供了一种用于选择断路器的方法，该方法可以包括以下步骤：

在步骤S21中，确定断路器电路中的电路元件的参数，以获得电流开断瞬间电路元件上的初始电压；

在步骤S22中，建立断路器开断容性负载后的交流等效电路和直流等效电路；

在步骤S23中，分别获得交流等效电路和直流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压；

在步骤S24中，将交流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压和直流等效电路的断路器断口的暂态恢复电压进行叠加，以获得叠加后的暂态恢复电压；

在步骤S25中，根据叠加后的暂态恢复电压获得断路器断口的电压峰值；

在步骤S26中，根据电压峰值确定断路器断口的不均匀系数；以及

在步骤S27中，根据不均匀系数选择满足实际工况要求的断路器。

通过上述方法，在断路器电路中的电路元件的参数的影响下，仍可以准确、有效地确定断路器不均匀系数的动态变化，同时对分压器的测量结果进行了校正，得到了工程中与实际工况更加符合的暂态电压分布情况。

断路器断口的不均匀系数为工程中选用断路器提供了直接依据，避免断路器的断口因负荷过大而被击穿，从而避免整个断路器发生复燃或重击穿。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。