一种基于紧耦合分裂电抗器并联开断方案的过电压抑制方法与流程

本发明属于电力系统高电压绝缘技术领域，具体涉及一种基于紧耦合分裂电抗器并联开断方案的过电压抑制方法。

背景技术：

基于高耦合度分裂电抗器的并联真空断路器方案，即采用一种基于高耦合度分裂电抗器的并联型断路器结构，通过大容量真空断路器的并联运行可以提高断路器承载额定电流和开断短路电流的能力。基于紧耦合电抗器的双灭弧室真空断路器并联方式可达到160kA的短路电流开断能力，运维成本低，能满足试验站冲击发电机出口短路保护要求。目前该方案已在试验站使用，而试验站运行经验表明，同相两个断口在非同期开断时真空灭弧室截流导致过电压引起电抗器两臂间绝缘击穿事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有真空断路器模块存在限于电压等级的不足，提供一种基于紧耦合分裂电抗器并联开断方案的过电压抑制方法，可以分析基于紧耦合电抗器并联开断方案下的电抗器面临的绝缘考验及制定相应保护措施，避免断路器非同期开断时电抗器两臂因过电压而绝缘损害。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于紧耦合分裂电抗器并联开断方案的过电压抑制方法，适用于发电机断路器第一拓扑结构及发电机断路器第二拓扑结构，所述发电机断路器第一拓扑结构由中性点接地电阻、发电机(冲击发电机或发电厂发电机)、发电机与连接线等值电感、紧耦合分裂电抗器、真空断路器依次连接形成回路；所述发电机断路器第二拓扑结构由中性点接地电阻、发电机(冲击发电机或发电厂发电机)、发电机与连接线等值电感、真空断路器、紧耦合分裂电抗器依次连接形成回路，过电压抑制方法包括如下步骤：

1)针对发电机断路器第一拓扑结构及发电机断路器第二拓扑结构，计算断口非同期开断情况下电抗器两臂过电压及最大过电压倍数；

2)基于步骤1)的计算结果，采用阻容保护装置对紧耦合分裂电抗器两臂进行过电压抑制措施，所述阻容保护装置包括真空接触器K、保护电阻和保护电容，当采用发电机断路器第一拓扑结构时，紧耦合分裂电抗器的两个高压臂分别与一个真空接触器K连接(采用第一拓扑结构时真空接触器K为两极)，真空接触器K依次与保护电阻和保护电容串联连接后接地；当采用发电机断路器第二拓扑结构时，将真空接触器K、保护电阻和保护电容依次串联连接后作为阻容元件并联在紧耦合分裂电抗器的两个高压臂之间。

按上述方案，当采用发电机断路器第一拓扑结构时，若真空断路器非同期开断，紧耦合分裂电抗器两臂过电压最大值

$U_c\left(max\right)=\frac{2k}{k+1}{U}_0+\sqrt{{\[\frac{k+2}{k+1}\sqrt{2k}{I}_0{z}_0\]}^2+{\left(\frac{2{\mathrm{kU}}_0}{k+1}\right)}^2}---\left(1\right)$

过电压最大倍数为其中，I₀为真空断路器截流值，U₀为发电机端口电压瞬时值，k为紧耦合分裂电抗器耦合系数，Z₀为系统波阻抗，且L₀为发电机单相等值电感，C₁为真空电路器高压端对地等值电容与紧耦合分裂电抗器低压臂单臂对地等值电容并联后的等效电容。

按上述方案，当采用发电机断路器第二拓扑结构时，若真空断路器非同期开断，紧耦合分裂电抗器两臂过电压最大值

$U_c\left(max\right)=\frac{2k}{k+1}{U}_0+2(k+2)\sqrt{\frac{k}{k+1}}{z}_0{I}_0---\left(2\right)$

其中，I₀为真空断路器截流值，U₀为发电机端口电压瞬时值，k为紧耦合分裂电抗器耦合系数，Z₀为系统波阻抗，且L₀为发电机单相等值电感，C₁为真空电路器低压端对地等值电容与紧耦合分裂电抗器高压臂单臂对地等值电容并联后的等效电容。

按上述方案，所述过电压抑制措施，用真空接触器K投切阻容保护与紧耦合分裂电抗器的连接，真空接触器K的二次回路与真空断路器二次回路配合，正常运行时常开，真空断路器跳闸时，真空接触器K闭合。

按上述方案，所述真空接触器K动作要求是：真空断路器分之前先合真空接触器K，再跳真空断路器。

按上述方案，所述阻容保护装置中保护电阻和保护电容满足如下关系式：其中R_P为保护电阻阻值，单位为Ω；C_P为保护电容容值，单位为μF，C_P取(10-50)C₁，单相等值电感L₀的单位为uH。

本发明的有益效果在于：

1、针对具体拓扑结构给出了断口非同期开断情况下电抗器两臂间过电压数学表达式及最大过电压倍数，基于理论计算结果给出了采取阻容保护的过电压抑制措施，并给出了阻容参数值计算方法；利用本发明方法可以分析基于紧耦合电抗器并联开断方案下的电抗器面临的绝缘考验及制定相应保护措施，避免断路器非同期开断时电抗器两臂因过电压而绝缘损害；

2、真空接触器K合上后，一定延时后再跳真空接触器K，这样使阻容保护装置在非工作状态下始终处于断开状态；一定延时后再跳真空接触器K是考虑阻容保护装置已使高频振荡电流衰减完结。

附图说明

图1为本发明的发电机断路器第一拓扑结构的示意图(三相)；

图2为本发明的发电机断路器第二拓扑结构的示意图(三相)；

图3为本发明的发电机断路器第一拓扑结构的阻容保护电路原理图(三相)；

图4为本发明的发电机断路器第二拓扑结构的阻容保护电路原理图(三相)。

具体实施方式

下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明发电机断路器第一拓扑结构由中性点接地电阻1、发电机(冲击发电机或发电厂发电机)2、发电机与连接线等值电感3、紧耦合分裂电抗4、真空断路器5依次连接形成回路。

如图2所示，本发明发电机断路器第二拓扑结构由中性点接地电阻1、发电机(冲击发电机或发电厂发电机)2、发电机与连接线等值电感3、真空断路器5、紧耦合分裂电抗4依次连接形成回路。

阻容保护装置包括真空接触器K、保护电阻和保护电容，阻容保护装置中保护电阻和保护电容满足如下关系式：其中R_P为保护电阻阻值，单位为Ω；C_P为保护电容容值，单位为μF，C_P取(10-50)C₁，单相等值电感L₀的单位为uH。

如图3所示，当采用发电机断路器第一拓扑结构时，本发明基于紧耦合分裂电抗器并联开断方案的过电压抑制方法是，根据公式(1)计算得到真空断路器5非同期开断情况下紧耦合分裂电抗器4两臂过电压最大值，继而把真空接触器K、保护电阻和保护电容串联后一端连接在紧耦合分裂电抗器4两高压臂，另一端接地。

如图4所示，当采用发电机断路器第二拓扑结构时，本发明基于紧耦合分裂电抗器并联开断方案的过电压抑制方法是，根据公式(2)计算得到真空断路器5非同期开断情况下紧耦合分裂电抗器4两臂过电压最大值，继而把真空接触器K、保护电阻和保护电容串联后作为阻容元件并联在紧耦合分裂电抗器4两个高压臂之间。

真空接触器K的二次回路与真空断路器5二次回路配合，正常运行时常开，真空断路器跳闸时，真空接触器K闭合。真空断路器5分之前先合真空接触器K，再跳真空断路器5。真空接触器K合上后，一定延时后再跳真空接触器K。例如：采用发电机断路器第一拓扑结构，以A相为例，当真空断路器4接收到分闸指令时，A相阻容保护装置中真空接触器K立即闭合，待真空断路器A1，A2完全打开后真空接触器K分开；采用发电机断路器第二拓扑结构，操作方式同上。其中真空接触器K分断时间必须先于真空断路器5分闸时间。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。