一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，属于电路系统操作 过电压抑制技术领域。
【背景技术】
[0002] 电力系统在运行过程中，由于线路的检修或故障等原因，将造成断路器的分合闸 操作，使系统内部参数发生变化、改变电力系统正常的能量分布和传递，将在线路上产生内 部过电压。产生内部过电压的原因很多，且参数的变化多种多样，因此过电压的特性也不尽 相同，包括幅值、振荡频率、持续时间等，通常按产生原因不同可将内部过电压分为暂时过 电压和操作过电压。暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，持续时间相对较长；操作 过电压主要由断路器操作引起的电磁暂态过程中的过电压，一般持续时间在100ms以内。 [0003]目前，特高压线路操作过电压的抑制主要通过以下三种方法：断路器附加合闸电 阻、线路安装避雷器和并联电抗器和柔性限制法；其中，前两种抑制措施在当前特高压输 电系统中被广泛使用，但由于其在经济和可靠性等方面存在以下不足之处：（1)合闸电阻 由于其复杂的结构和频繁的故障出现，不但增加了断路器的复杂性与成本，提高了系统投 资与维修费用，而且其限压效果不稳定、分散性大；同时电阻消耗电能而产生大量的热能， 对断路器自身的可靠性也有影响，因此越来越趋向于采用其他抑制过电压手段替代合闸电 阻；（2)氧化锌避雷器和并联电抗器在使用中易出现以下不利现象：阀片容易受潮劣化，导 致吸收过电压时温度升高产生有功损耗，形成热崩溃，严重时将导致避雷器损坏或爆炸，从 而引发大面积停电事故，同时，避雷器和电抗器在操作过电压下的频繁动作也会缩短其使 用寿命。
[0004] 为了降低线路投资和增强输电可靠性，在满足操作过电压限制水平的前提下，应 尽量降低合闸电阻和避雷器等附加设备的使用频率。柔性限制法主要是应用选相投切技术 (又称相控技术），控制断路器在最佳相位合分闸，以达到降低操作过电压的目的。对于减 少线路建设成本、延长开关寿命、提高电能质量等方面，具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：如何通过获取控制开关在参考信号中的最佳相角， 并在该相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压。
[0006] 本发明采用如下技术方案：一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，其 特征在于，断路器在参考信号最佳相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压；具体包 括：通过控制单元，得到准确的电压过零点，作为控制的时间基准，结合介质恢复强度降至 a倍系统电源电压等级的时间和断路器指令操作的延迟时间（a>1)，计算时间基准点与 某相发出合闸命令的延迟时间，同时根据电网三相电特征，计算其余两相断路器合闸的延 迟时间。
[0007] 优选地，所述断路器相控抑制方法具体包括如下步骤：
[0008] 步骤SS1标定断路器介质恢复强度曲线，读出断路器介质恢复强度降至a倍系统 电源电压等级的时间记为h，其中a>1，进入步骤SS2;
[0009] 步骤SS2测量断路器指令延迟时间t2，进入步骤SS3 ;
[0010] 步骤SS3提取电压信号过零点时刻t。;包括如下步骤：SS31断路器两端电压信号 采样输入；SS32信号去噪处理；SS33线性相位FIR滤波器滤波；SS34断路器两端电压过零 点检测；
[0011] 步骤SS4进行空载长线的合闸操作；
[0012] 步骤SS5断路器选相合闸。
[0013] 优选地，所述步骤SS1所述的标定断路器介质恢复强度曲线具体包括：通过断路 器击穿试验，获得合闸过程中断路器在不同间隙下的击穿电压值，经过数据拟合，得到击穿 电压与触头间隙距离的特征曲线，结合断路器的合闸速度，得到击穿电压与合闸时间的关 系，即断路器合闸的伏秒特性曲线。
[0014] 优选地，所述步骤SS2具体包括：从保护测控装置发出合闸命令或者重合闸命令， 通过智能终端转换为硬接点输出至断路器操作箱，给断路器合闸线圈加正电压，断路器合 闸；同时，断路器会把开合位置信息通过智能终端反馈给保护测控装置，故障录波器通过接 入保护测控装置和智能终端信号可判断所述智能终端延时机械操作时间和电气动作时间， 结合发出合闸命令的时间，计算出断路器指令延迟时间t2。
[0015] 优选地，所述步骤SS3具体包括：采用硬件过零比较器采集断路器两端电压采样 信号输入，所述断路器两端电压采样信号经去噪处理后，通过一个45Hz-55Hz的线性相位 FIR滤波器进行滤波，保证采样信号过零点的唯一性，然后通过差值求波形过零点的时刻来 求得采样信号的周期值；当采样周期值足够短时，信号过零处的正弦曲线可以近似为直线， 从而利用线性差值计算过零点时刻t。;当滤波器输出y(n+l)和y(n)异号时，由线性插值可 求得零点时刻
，式中t。为电压过零点时刻，tn为第n个数据y(n)的 采样时刻；TS为采样周期。
[0016] 优选地，所述步骤SS4具体包括：保护测控装置实时监测电网电压信号，以接收到 合闸命令之前的一个电压过零点为参考零点，经过（25-ti-t^ms的延时时间，保护测控装 置发出合闸命令，则该相断路器击穿点可躲过正向最大击穿点，记该相断路器为C相断路 器。
[0017] 优选地，所述步骤SS5具体包括：电力系统正常运行过程中，B相相位滞后A相 120°，C相相位滞后B相120°，在C相断路器发出合闸指令的同时，再经过3.33ms的延 时时间，发出B相断路器合闸指令，B相断路器两端电压即可躲过负向最大击穿点；再经过 3. 33ms的延时时间，发出A相断路器合闸指令，A相断路器两端电压即可躲过正向最大击穿 点。
[0018] 本发明所达到的有益效果：本发明实现了如何通过获取控制开关在参考信号中的 最佳相角，并在该相角处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压，解决了在现有的抑制措施 中结构复杂、造价昂贵、可靠性差、维护费用高等问题，具有减少线路建设成本，延长开关寿 命，提高电能质量等优点，可以减少合闸电阻等设备的使用，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明断路器在不同合闸相位下，第一次被正向击穿的曲线示意图。
[0020] 图2为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的测量断路器 指令延迟时间的流程示意图。
[0021] 图3为本发明断路器三相同期合闸时，ABC三相击穿点分布曲线图。
[0022] 图4为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的流程图。
[0023] 图5为本发明的提取电压信号过零点时刻t。的流程图。
[0024]图6是本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0026] 图1为本发明断路器在不同合闸相位下，第一次被正向击穿的曲线示意图，断路 器合闸空载线路时，由于断路器在合闸空载线路瞬间，其所在系统的电压初相角通常是随 机和不确定的，使得断路器击穿点电压也成随机分布，存在最大击穿点和理论最小击穿点。 断路器在最小击穿点击穿时，工频电压曲线刚好躲过负向最大击穿点，所以最小击穿点电 压跟断路器的击穿电压曲线有关，即断路器的介质恢复强度曲线决定了合闸操作过电压的 大小。
[0027] 图2为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的测量断路器 指令延迟时间的流程示意图，当系统需要进行断路器分合闸操作时，保护测控装置发出合 闸信号，通过智能终端转换为硬接点输出至断路器操作箱，给断路器合闸线圈加正电压，断 路器合闸。同时，断路器会把开合位置信息通过智能终端反馈给保护测控装置，故障录波器 通过接入保护测控装置和智能终端信号可判断智能终端延时和开关动作时间，结合发出合 闸命令的时间，可计算出断路器指令延迟时间。
[0028] 图3为本发明断路器三相同期合闸时，ABC三相击穿点分布曲线图，为了防止出现 危害绝缘的过电压，保持电力系统的稳定，断路器操作空载长线时需要三相同期合闸。当C 相断路器合闸时刚好躲过负向最大击穿点1，在点4处击穿，则B相断路器在点3处击穿，A 相断路器在点2处击穿。A相断路器仍保持比较高的击穿点电压，所以，为了使断路器操作 过电压在A、B、C相线路中均保持比较低的电压水平。
[0029]图4为本发明的一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法的流程图，本发 明还提出一种输电线路操作过电压的断路器相控抑制方法，断路器在参考信号最佳相角 处关合或开断，以抑制线路侧操作过电压；具体包括：通过控制单元，得到准确的电压过零 点，作为