[发明专利]一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别是涉及一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法。

背景技术

超高压长距离输电线路通常采用高压并联电抗器平衡线路产生的容性无功，以增加线路输送能力，同时改善线路工频过电压。但是，在空载长输电线路合闸瞬时，因电抗器电流不能突变，充电过程中会产生较大直流电流，当电流工频分量小于直流分量时，合空线操作后短时间内流过断路器的电流没有稳定过零点。若三相电流较长时间不过零，则可能导致保护误动。因直流偏置造成的电流持续不过零、燃弧时间可持续数百毫秒甚至更长，灭弧室内的绝缘气体吹弧能力减弱，将最终导致断路器主触头分位后不能及时灭弧。在SF6气体被电弧过度加热、介质强度显著下降情况下，当断口两侧恢复电压较高时将引发重燃或重击穿继而产生高幅值的过电压冲击，持续的燃弧也会烧蚀灭弧室部件、劣化绝缘气体，甚至损坏断路器本体，发展成为对地闪络等严重故障。

上述情况可能在以下场合出现：

1)线路断路器合分空载线路试验；

2)线路存在接地故障时断路器合空线(单相重合闸闭锁)，线路保护动作命令断路器三相立即分闸；

3)运行线路发生单相永久接地故障，单相重合闸失败后三相跳闸。

在断路器的关合时间较稳定的条件下，采用定相位关合技术可以控制断路器合闸角的初相位，从而使得断路器各相可以在预定的相位附近实现电气关合。通过断路器定相位关合技术可以抑制电力系统中合闸操作的暂态过程冲击，如减小合闸涌流和过电压等。

并联电抗器容量越大，补偿度越高，线路合闸出现直流偏置的风险越大。所以需要在长距离输电线路空载合闸时，对断路器进行逐相关合控制，通过定相位关合抑制合闸电流直流分量的大小，并且在上述措施因合闸时间偏差仍然存在直流偏置时，通过检测合闸电流有效过零后再进行后合闸相的控制。从而有效降低断路器合闸后短期内分闸无法灭弧的风险，保护断路器设备免遭损坏，提高电力系统稳定。

《电力与电工》2010年12月的文章“断路器投切高补偿度500kV空载线路的风险与对策”对带补偿并联电抗器的500kV输电线路进行了详细仿真分析，认为燃弧时间异常现象是由直流分量过大引起，并提出借助合闸电阻、增加线路长度、运用单相重合闸操作方式、调整补偿度等措施进行研究。借助合闸电阻仍存在直流分量抑制效果不明显；增加线路长度无法有效解决直流分量问题；无法借助单相操作方式来抑制直流分量，效果与三相基本类似；降低补偿度比较有效。

《电网技术》2012年12月的文章“带高抗500kV长线路合闸引起的直流偏置电流问题及应对措施”通过电磁暂态仿真，研究典型线路合分闸操作时的电流偏置问题及采用合闸点组及控制相角合闸技术抑制电流偏置的效果，结果表明，在存在单相预付故障时三相合空线时，装设合闸电阻后仍有较大概率出现电流延迟过零现象；采用定相位合闸断路器，由于合闸断路器的合闸时间存在一定随机性，仍可能存在超过100ms的电流不过零时间。

《云南电力技术》2014年2月的文章“并联补偿线路合闸操作直流偏置研究”通过理论及仿真方法分析了带高抗线路投切直流分量及直流偏置计算，并提出了通过装设合闸电阻、控制合闸初相位、调整补偿度等方法。这些方法的不足是，装设合闸电阻提高了断路器复杂度、成本增加；投运先预先投入串联补偿装置，仅适用于带串补的线路，有应用的局限性；合闸初相角受断路器合闸时间分散性影响，若未能准确在预定相角合闸，则仍然存在断路器跳闸无法灭弧的风险；降低并联电抗器补偿度可增加空充电流交流分量，但通常电抗器容量固定不具备调整条件，或调整时操作相对复杂。

中国专利公开号CN103840470B，公开日2016年03月23日，发明的名称为一种断路器合闸相位控制方法、装置及系统，该专利公开了一种避免直流偏置产生风险的断路器合闸相位控制方法，其中权利要求2中的判断A相电压信号是否达到峰值，如果是则控制长线路中的A相断路器合闸，A相断路器合闸后经过60°控制长线路中的C相断路器合闸，C相断路器合闸后经过60°控制长线路中的B相断路器合闸。不足之处是，仅考虑了通过选相关合抑制直流偏置电流的措施，发送合闸控制指令后至断路器完成关合过程中，断路器的合闸时间存在机械分散性、预击穿等因素均会对最终合闸准确性产生影响，若未能准确在预定相角合闸，仍然存在一定含量的直流偏置电流，仍然存在断路器跳闸无法灭弧的风险。

发明内容