动态延时顺序合闸系统的制作方法

本实用新型涉及动态延时顺序合闸系统及避免偏置电流损坏断路器的方法，本方法用于电力系统断路器的分相顺序合闸控制，适用于变电站、发电厂分相控制断路器的特殊目的合闸控制方法，解决输电线路偏置电流影响断路器灭弧困难的问题。

背景技术：

500kV及以上电压等级电网输电线路中，为了解决长距离线路分布电容产生的过电压、容性无功不平衡问题，需要在线路一侧或者两侧并接电抗器。随着电网的发展和工程改扩建，当原有的线路破口接入新的变电站后，原来配置的电抗器对新的短线路形成“过补偿”，即电抗器容量超过新的短线路分布电容的容量。由此，在新线路从一侧送电或操作合闸过程中，因感性电流不能突变，非周期分量电流致使线路充电电流较长时间不能过零点，即“偏置电流”。若送电过程中线路存在一相或两相短路故障，线路继电保护将瞬时动作于断路器三相跳闸，由于非故障相的偏置电流尚未过零，虽然断路器跳闸，但是分故障相断路器的灭弧室无法灭弧，极有可能损坏断路器触头，甚至造成断路器爆炸，威胁电网安全运行。

传统断路器合闸方式是三相随机同时合闸，合闸到线路故障上，继电保护快速动作掉闸，非故障相的直流偏置问题无法避免。若将电抗器从线路变迁至母线上，或者将断路器更换为带合闸电阻型，设备和施工费用巨大。

技术实现要素：

本申请从断路器控制合闸回路的角度，在别判断线路偏置电流衰减至过零点，或经过预先设定的延时后，按顺序依次控制三相断路器合闸，躲开偏置电流。科学、经济地规避断路器开断偏置电流的安全风险。详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

采用动态延时分相顺序合闸控制方法，对A、B、C相断路器依次进行合闸控制：按动态延时顺序合闸系统及避免偏置电流损坏断路器的方法，首先控制A相断路器按预先设定的电压相位角合闸，动态延时顺序合闸系统及避免偏置电流损坏断路器的方法判别A相电流衰减至过零点后，或者达到设定的延时后，再控制B相断路器合闸。同理，判别B相电流过零点后，或者达到设定的延时后，再控制C相合闸。上述顺序合闸策略尽可能按优化相位角合闸，尽量避免偏置电流的出现，再加上先合闸相的电流过零点判别，以及规定的延时判别。由此，一旦合闸到线路某一相故障上、继电保护动作跳闸，因先合相的偏置电流已经过零，而故障相的故障电流很快过零，断路器跳闸时刻就不会存在某一相电流不过零、断路器不熄弧的风险了。

动态延时分相顺序合闸装置输入测控装置的一个合闸命令，输出三个分相的合闸命令。引入母线三相电压量和线路三相电压量，线路三相电流量，三相断路器位置状态量。参照三相母线电压量选择合闸相位角，采用线路三相电流量判别判别先合相电流过零后再合后续相断路器。实现动态延时判别电流、顺序合闸功能。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

动态延时顺序合闸避免偏置电流损坏断路器的方法，适用于分相式高压断路器的顺序合闸控制。该方法的推广应用具有显著的经济效益。以一条500kV输电线路工程为例，若采用将电抗器从线路搬迁至母线上的方案，需要购置额外的断路器、互感器和隔离开关等设备，投资约600万元；采用动态延时顺序合闸控制方案，仅仅需要购置4套控制装置，投资仅仅60万元。节约工程投资540万。

动态延时顺序合闸装置与“控制线路继电保护延时跳闸”相比有如下区别和优势：

1、延时顺序合闸的是分相别依次控制断路器合闸的时机；线路继电保护延时跳闸则是分相控制断路器跳闸的时机；

2、延时顺序合闸比延时跳闸的控制策略更安全。因为电网运行实际中，新建线路送电或者线路检修后恢复送电，线路上存在潜伏故障的风险较高，送电到故障线路，要求继电保护快速无延时跳闸、切除故障，才能保证电网的稳定，防止扩大停电范围。延时合闸策略如果意外失效，可以再次尝试重复操作，不影响电网的安全运行。延时跳闸则颠覆了现有成熟的继电保护快速无延时跳闸功能，如果线路继电保护选错了故障相别，则会导致不确定的延时切除故障，威胁电网稳定，造成停电面积扩大。

本实用新型的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。

附图说明

图1是本实用新型的控制框图。

图2是本实用新型的工作流程图。

图3是偏置电流衰减过程示意图。

具体实施方式

如图1-3， 一种动态延时顺序合闸系统，包括动态延时顺序合闸装置、用于分别感应母线三相电压的母线电压互感器、用于分别感应线路三相电压的线路电压互感器、感应线路三相电流的线路电流互感器以及断路器机构；

动态延时顺序合闸装置包括电源、CPU系统、A/D采样模块、光电隔离器、交流变换器以及固态继电器；

电源用于给CPU系统提供电能，CPU系统与光电隔离器电连接, 线路电流互感器的次级线圈与A/D采样模块的输入端电连接，A/D采样模块的输出端与CPU系统的输入端电连接；

断路器机构包括相互独立控制的A相断路器、B相断路器以及C相断路器，A相母线通过A相断路器连接A相线路，B相母线通过B相断路器连接B相线路， C相母线通过C相断路器连接C相线路；

光电隔离器将A相断路器、B相断路器、C相断路器的开合位置状态信息分别转换为高低电平信息并传递给CPU系统；CPU系统通过固态继电器分别控制A相断路器、B相断路器、C相断路器的合闸；

线路电流互感器包括用于感应A相线路电流的A相电流互感器、用于感应B相线路电流的B相电流互感器以及用于感应C相线路电流的C相电流互感器；

母线电压互感器的次级线圈以及线路电压互感器的次级线圈分别与交流变换器的输入端电连接，交流变换器的输出端与A/D采样模块的输入端电连接。从而实现可以精确的确定合闸的相位角。

进一步，还包括用于通过光电隔离器向CPU系统发出合闸命令的测控装置。 测控装置为可控硅或中间继电器等常用器件。

一种避免偏置电流损坏断路器的方法，借助于上述的动态延时顺序合闸系统，包括以下步骤：

步骤a：首先，测控装置通过光电隔离器向CPU系统发出合闸命令；其次，光电隔离器将断路器机构的断路器开合状态信息传递给CPU系统，当断路器机构的断路器均为断开状态时，执行步骤b。

步骤b，首先，线路电压互感器分别感应的线路三相的电压，线路电压互感器将线路三相电压分别传递给A/D采样模块；其次，A/D采样模块将信号进行模数转换，并将信号传递给CPU系统；再次，CPU系统对接收的电压进行判断，当线路三相中均有电压的时候，CPU系统控制断路器机构的A相断路器、B相断路器、C相断路器同时直接合闸；当线路三相均没有电压的时候，进行步骤c；

作为本领域技术人员可以显而易见的知道，当线路三相的电压均无正常电压时，说明线路尚未带电，待执行送电合闸逻辑，即分相顺序合闸；当线路三相的电压均有正常电压时，说明线路已从另外一侧的断路器带电，待执行和环合闸逻辑，即直接合闸。

步骤c，首先，通过人为设定合闸顺序为A相断路器、B相断路器、C相断路器，三路合闸可以设定顺序；其次，CPU系统通过固态继电器控制A相断路器合闸；

步骤d：A相过零判断，A相电流互感器将感应的A相线路电流信息通过A/D采样模块传递给CPU系统，CPU系统进行零点判断；如果没有存在零点，CPU系统继续在预设定延时时间内对A相线路电流进行电流过零判断，当A相线路电流过零或到达预设定时间后，执行步骤e；

步骤e：CPU系统通过固态继电器控制B相断路器合闸；

步骤f：B相过零判断，B相电流互感器将感应的B相线路电流信息通过A/D采样模块传递给CPU系统，CPU系统进行零点判断；如果没有存在零点，CPU系统继续在预设定延时时间内对B相线路电流进行电流过零判断，当B相线路电流过零或到达预设定时间后，执行步骤g；

步骤g： CPU系统通过固态继电器控制C相断路器合闸；

步骤h： C相过零判断，C相电流互感器将感应的C相线路电流信息通过A/D采样模块传递给CPU系统，CPU系统进行零点判断；如果没有存在零点，CPU系统继续在预设定延时时间内对C相线路电流进行电流过零判断，当C相线路电流过零或到达预设定时间后，执行步骤j；

步骤j；光电隔离器将A相断路器、B相断路器、C相断路器的位置状态信息传递给CPU系统且CPU系统判断A相断路器、B相断路器以及C相断路器均在合闸位置和/或线路电流互感器将线路三相的电流信息通过A/D采样模块传递给CPU系统且CPU系统判断线路三相均有电流，复归闭锁非全相保护信号，执行结束。

进一步，在执行步骤c的同时，母线电压互感器分别选取母线三相上的A相母线作为基准电压，CPU系统按预先设定的A相电压相位角控制A相断路器闭合；

进一步，在执行步骤e的同时，母线电压互感器分别选取母线三相上的B相母线作为基准电压，CPU系统按预先设定的B相电压相位角控制B相断路器闭合；

进一步，在执行步骤g的同时，母线电压互感器分别选取母线三相上的C相母线作为基准电压，CPU系统按预先设定的C相电压相位角控制C相断路器闭合。

进一步，在执行步骤c之后且步骤d之前，还包括步骤β：CPU系统通过固态继电器输出闭锁非全相保护的信号至断路器机构，控制断路器机构内非全相保护退出；非全相保护又叫三相不一致保护。

进一步，在步骤β之后且步骤d之前，当A相合闸出现故障时， A相断路器跳开，复归闭锁非全相保护信号，返回重新执行步骤b；当A相合闸正常时，执行步骤d；

进一步，在步骤e之后且步骤f之前，当B相合闸出现故障时， B相断路器弹开复归闭锁非全相保护信号，返回重新执行步骤b；当B相合闸正常时，执行步骤f。

进一步，在步骤g之后且步骤h之前，当C相合闸出现故障时， C相断路器弹开复归闭锁非全相保护信号，返回重新执行步骤b；当C相合闸正常时，执行步骤h。

本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。