[发明专利]一种高压直流开关开断全过程状态辨识方法

说明书

技术领域

本发明属于高压直流输电系统中高压直流开关的断路器电弧分析技术领域，特别涉及一种高压直流开关开断全过程状态辨识方法。

背景技术

从80年代末以来，我国直流输电技术的研究突飞猛进，目前国内已投运的                                               500kV直流输电工程有十余条。我国计划在2020年前投运的直流工程将超过30条；同时为了实现“西电东送”战略国家正大力推进包括400kV、660kV、800kV和1000kV等高压及特高压直流输电工程的建设，未来直流输电将成为我国电网的重要组成部分。

直流开关是直流输电工程中换流站的关键设备之一，其主要作用是改变直流系统的运行方式和及时清楚线路中出现的故障。当前国内各大换流站装设的直流开关主要有金属回路转换开关（Metallic Return Transfer Breaker, MRTB）、大地回路转换开关（Ground Return Transfer Switch, GRTS）、中性母线开关（Neutral Bus Switch, NBS）和中性母线接地开关（Neutral Bus Ground Switch, NBGS）等。

直流开关与交流开关相比，直流开关所通过的电流为直流电流，没有可直接熄灭电弧的电流过零点。因此，现有的直流开关系统大多是在交流开关上加装包括电抗器和电容器所组成的振荡回路，通过振荡回路产生的高频振荡电流实现开关断口电流过零，从而使电弧熄灭，最终成功实现直流开关的开断。

正常情况下，高压直流开关的开断全过程分为三个阶段：（1）强迫电弧电流过零阶段；（2）断路器断口介质恢复阶段；（3）避雷器组动作吸能阶段，但在实际应用中由于其工作条件的变化，存在着振荡回路、SF6开关与避雷器组等部件不能够有效配合以至于开断失败的问题，对直流系统造成极大经济损失。由于缺乏可靠的技术手段，目前无法掌握高压直流开关在线运行时的真实开关状态信息，为高压直流输变电工程的安全稳定运行留下了隐患。

湖北省电力试验研究院提出了一种振荡回路参数的测量方法，通过对振荡回路参数的测量判断振荡回路的工作情况，并已广泛应用到直流开关的现场试验中。这种方法必须是在离线的方式下对振荡回路的参数进行检测，不能在线获取高压直流开关状态和开断全过程的信息。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的无法直接测量断路器支路电流问题；提供了一种间接对高压直流开关状态分析方法，即通过对高压直流开关振荡回路中电流波形频率的变化和突变时刻进行分析来判断高压直流开关开断全过程动态信息，进而推断高压直流开关各个回路工作状态。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高压直流开关开断全过程状态辨识方法，包括以下步骤：

步骤1，采集振荡回路电流波形；

步骤2，观察振荡回路电流是否出现高频电流信号，若是，则说明振荡回路连接到断路器回路；若否，则振荡回路连接到断路器回路；并且使用傅立叶变换对波形进行频谱分析，计算出振荡回路电阻、电感和电容参数是否正常；

步骤3，若步骤2出现高频电流信号，用小波理论分析振荡回路电流是否发生突变，若发生突变，则说明断路器触头拉开并产生电弧；若否，则说明断路器未正常工作；  

步骤4，观察振荡回路电流出现高频电流信号是否变平缓，并且呈现为缓慢下降的趋势，若是，则说明电弧已经熄灭，并且直流电流已转移到振荡回路；若否，说明电弧未熄灭，。

步骤5，观察电流波形在经过步骤4中平缓波形后是否进入一个陡降的过程，若是，则说明避雷器组动作吸能，电流转移到吸能回路；若否，则说明避雷器组未正常工作。

所述步骤3中，利用MATLAB中的小波工具，截取振荡回路电流起振点前后两到三个周期波形进行小波分解，经过db5小波5层分解后，再判断最后一层是否得到一个高频分量，高频分量的出现即表明发生了突变。 

所述步骤1中，采集振荡回路电流波形的过程为：先使用霍尔电流传感器将电流信号转变成电压信号，然后使用德国BECKHOFF PAC采集装置采集电压信号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1. 本发明避免了对断路器支路电流进行分析，而巧妙的通过对振荡回路电流的变化进行捕捉，进而反映高压直流开关全过程的动态信息；

2. 本发明小波理论提取电流的高频分量，比常规的信号处理方法更加灵敏；