一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟系统及方法与流程

本发明涉及电力系统物理仿真模拟领域，具体涉及一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟系统及方法。

背景技术：

随着特高压交直流电网快速发展和清洁能源大规模开发，交流与直流、送端与受端相互影响，尤其是特高压多直流、大容量集中馈入带来的电压稳定和频率稳定问题，给电网安全运行带来重大影响。为确保电网安全可靠运行。要采用同步调相机作为动态无功补偿设备，解决无功与电压问题。这对于保障电网电压稳定和特高压直流安全运行至关重要。大容量的直流输电、需要有强大的无功支撑，加快动态无功补偿装置的规划、建设、运行和管理，已成为电网安全稳定运行的重要工作，电力系统有必要在负荷中心，在已投运和在建直流工程送、受端地区，以及大比例外受电地区建设一批调相机组，以补偿和平衡系统无功功率，保证电力系统的经济稳定运行。

接在500kv电压系统中的大型调相机变压器组,在进行同步并列的过程中,作用于断口上的电压,随着并网发电机与系统等效发电机电势之间相角差δ的变化而不断变化,当δ＝180°时其值最大，为两者电势之和。当两电势相等时，则有两倍的相电压作用于断口上，有时要造成断口闪络事故。

断口闪络除给断路器本身造成损坏，并且可能由此引起事故扩大，破坏系统的稳定运行。通常发生一相或两相闪络，由此产生负序电流，威胁发电机的安全。

为了尽快排除断口闪络故障，在大型调相机组要装设断口闪络保护。断口闪络保护动作的条件是断路器处于三相断开位置时有负序电流出现。断口闪络保护首先动作于灭磁，失效时动作于断路失灵保护。

为保证大型调相机组保护包括断口断路器闪络保护运行可靠性及动作特性符合要求，需要在实验室进行试验检验。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟方法及系统，防止断口闪络故障，损害运行设备，在实验室检验断路器闪络保护动作的正确性，能够有效的对断路器闪络保护进行检验。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种大型调相机断口断路器发生闪络的动态模拟系统，其改进之处在于，包括闪络故障发生器单元；

所述闪络故障发生器单元包括第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路；

所述第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路并联后跨接在调相机断口断路器的两端；

所述第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路连通时模拟单相闪络故障；

所述第一可控开关-可调电阻回路和所述第二可控开关-可调电阻回路同时联通时模拟两相闪络故障。

进一步地，所述调相机断口断路器采用三相同期开关，用于满足并网条件时，所述三相同期开关闭合，将调相机接入系统正常运行。

进一步地，所述第一可控开关-可调电阻回路跨接在所述三相同期开关的其中任意一相，所述第二可控开关-可调电阻回路跨接在所述三相同期开关的另一相。

进一步地，所述第一可控开关-可调电阻回路包括串联的第一可控开关和第一可调电阻；所述第二可控开关-可调电阻回路包括串联的第二可控开关和第二可调电阻。

进一步地，所述第一可调电阻和第二可调电阻的调整范围均为0～100ω。

进一步地，还包括控制器，所述控制器连接至闪络故障发生器单元的第一可控开关和第二可控开关，用于设定并控制第一可控开关和第二可控开关闭合方式及闭合时间的长短。

进一步地，还包括等效调相机组物理模拟单元和等效电力系统物理模拟单元，所述等效调相机组物理模拟单元与闪络故障发生器单元的一端连接，等效电力系统物理模拟单元与闪络故障发生器单元的另一端连接；

所述等效电力系统物理模拟单元：用于模拟真实电力系统，为等效调相机组物理模拟单元模拟调相机组提供并网条件；

所述等效调相机组物理模拟单元：用于模拟并网运行的调相机组。

进一步地，所述等效调相机组物理模拟单元包括调相机组、升压变压器和励磁装置；所述调相机组和升压变压器连接；所述励磁装置安装在调相机的上方。

进一步地，所述等效电力系统物理模拟单元包括电流互感器ct1～ct5以及电压互感器pt1、pt2；所述电流互感器ct1和ct2依次连接形成ct1-ct2串联支路；所述ct3和ct4依次连接形成ct3-ct4串联支路；所述ct1-ct2串联支路和ct3-ct4串联支路并联后均连接在母线上；所述ct1-ct2串联支路与断口断路器连接；所述电压互感器pt1的一端与等效调相机组物理模拟单元的升压变压器的一端连接，另一端与三相同期开关的一端连接；所述电压互感器pt2的一端与三相同期开关的一端的连接，另一端与ct1-ct2串联支路连接；所述电流互感器ct5接入电源中。

进一步地，所述电流互感器ct1～ct5均连接一线路开关。

本发明还提供一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟系统的模拟方法，其改进之处在于：

所述系统包括闪络故障发生器单元；

所述闪络故障发生器单元包括第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路；

所述第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路并联后跨接在调相机断口断路器的两端；

所述第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路连通时模拟单相闪络故障；

所述第一可控开关-可调电阻回路和所述第二可控开关-可调电阻回路同时联通时模拟两相闪络故障；

当模拟发生模拟调相机断口断路器的单相闪络故障时，闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路；

当模拟调相机断口断路器的两相闪络故障时，同时闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路。

进一步地：所述调相机断口断路器采用三相同期开关，当满足并网条件时，所述三相同期开关闭合，将调相机接入系统正常运行。

进一步地，所述第一可控开关-可调电阻回路跨接在所述三相同期开关的其中任意一相，所述第二可控开关-可调电阻回路跨接在所述三相同期开关的另一相。

进一步地：所述当模拟发生模拟调相机断口断路器的单相闪络故障时，闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路包括：

当模拟发生模拟调相机断口断路器的单相闪络故障时：

闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关，同时调节第一可调电阻模拟相应闪络故障相的闪络电流的大小；

或者，闭合闪络故障发生器单元的第二可控开关，同时调节第二可调电阻模拟相应闪络故障相的闪络电流的大小，并调节单相闪络故障的电流的大小，当检测单相闪络故障的电流对应的负序电流达到调相机断口断路器闪络保护的定值时，启动调相机断口断路器的闪络故障保护动作于调相机的励磁装置灭磁；当灭磁无效后启动调相机断口断路器的失灵保护。

进一步地：所述当模拟调相机断口断路器的两相闪络故障时，同时闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路包括：

当模拟发生模拟调相机断口断路器的两相闪络故障时：

闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关和第二可控开关，同时调节第一可调电阻和第二可调电阻模拟两相闪络故障的闪络电流的大小，调节两相闪络故障的电流的大小，当检测单相闪络故障的电流对应的负序电流达到调相机断口断路器闪络保护的定值时，启动调相机断口断路器的闪络故障保护动作于调相机的励磁装置灭磁；当灭磁无效后启动调相机断口断路器的失灵保护。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：

1、本发明提供的一种大型调相机断口断路器发生闪络的动态模拟系统，包括闪络故障发生器单元；所述闪络故障发生器单元包括第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路；所述第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路并联后跨接在调相机断口断路器的两端；所述第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路连通时模拟单相闪络故障；所述第一可控开关-可调电阻回路和所述第二可控开关-可调电阻回路同时联通时模拟两相闪络故障能够在实验室内模拟调相机断开断路器发生单相闪络故障和两相闪络故障物理过程，提高了实验室模拟大型调相机故障能力。

2、为开展大型调相机组的保护装置的运行特性的试验验证，为大型调相机组继电保护装置的检测提供有力支撑为调相机断路器闪络保护装置测试提供了检测平台。防止断口闪络故障，损害运行设备，在实验室检验断路器闪络保护动作的正确性，能够有效的对断路器闪络保护进行检验。

附图说明

图1是本发明提供的调相机闪络故障动态模拟系统图；

图2是本发明提供的断路器闪络保护原理图；

图3是本发明提供的大型调相机断口断路器发生闪络的动态模拟方法的流程图；

图4是本发明提供的闪络故障发生单元与同期开关的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

为了防止断口闪络故障，损害运行设备，在实验室检验断路器闪络保护动作的正确性提出了一种大型调相机断口断路器发生闪络的动态模拟方法，从而能够有效的对断路器闪络保护进行检验。

本发明提供一种大型调相机断口断路器发生闪络的动态模拟系统，其动态模拟系统图如图1所示，包括闪络故障发生器单元；

所述闪络故障发生器单元包括第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路；

所述第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路并联后跨接在调相机断口断路器的两端；所述第一可控开关-可调电阻回路跨接在所述调相机断口断路器的其中任意一相，所述第二可控开关-可调电阻回路跨接在所述调相机断口断路器的另一相；闪络故障发生单元与三相同期开关的连接示意图如图4所示。

所述第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路连通时模拟单相闪络故障；

所述第一可控开关-可调电阻回路和所述第二可控开关-可调电阻回路同时连通时模拟两相闪络故障。

进一步地，所述调相机断口断路器采用三相同期开关，用于满足并网条件时，所述调相机断口断路器闭合，将调相机接入系统正常运行。

进一步地，所述第一可控开关-可调电阻回路包括串联的第一可控开关和第一可调电阻；所述第二可控开关-可调电阻回路包括串联的第二可控开关和第二可调电阻。

进一步地，所述第一可调电阻和第二可调电阻的调整范围均为0～100ω；

所述模拟系统还包括控制器，所述控制器连接至闪络故障发生器单元的第一可控开关和第二可控开关，用于设定并控制第一可控开关和第二可控开关闭合方式及闭合时间的长短。

进一步地，还包括等效调相机组物理模拟单元和等效电力系统物理模拟单元，所述等效调相机组物理模拟单元与闪络故障发生器单元的一端连接，等效电力系统物理模拟单元与闪络故障发生器单元的另一端连接；

所述等效电力系统物理模拟单元：用于模拟真实电力系统，为等效调相机组物理模拟单元模拟调相机组提供并网条件；

所述等效调相机组物理模拟单元：用于模拟并网运行的调相机组。

进一步地，所述等效调相机组物理模拟单元包括调相机组、升压变压器和励磁装置；所述调相机组和升压变压器连接；所述励磁装置安装在调相机的上方。

进一步地，所述等效电力系统物理模拟单元包括电流互感器ct1～ct5以及电压互感器pt1、pt2；所述电流互感器ct1和ct2依次连接形成ct1-ct2串联支路；所述ct3和ct4依次连接形成ct3-ct4串联支路；所述ct1-ct2串联支路和ct3-ct4串联支路并联后均连接在母线上；所述ct1-ct2串联支路与断口断路器连接；所述电压互感器pt1的一端与等效调相机组物理模拟单元的升压变压器的一端连接，另一端与调相机断口断路器的一端连接；所述电压互感器pt2的一端与调相机断口断路器的一端的连接，另一端与ct1-ct2串联支路连接；所述电流互感器ct5接入电源中。

进一步地，所述电流互感器ct1～ct5均连接一线路开关。

本发明还提供一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟方法，包括：

当模拟发生模拟调相机断口断路器的单相闪络故障时，闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路；

当模拟调相机断口断路器的两相闪络故障时，同时闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路。

进一步地：所述调相机断口断路器采用三相同期开关，当满足并网条件时，所述调相机断口断路器闭合，将调相机接入系统正常运行。

进一步地，所述第一可控开关-可调电阻回路跨接在所述调相机断口断路器的其中任意一相，所述第二可控开关-可调电阻回路跨接在所述调相机断口断路器的另一相。

进一步地：所述当模拟发生模拟调相机断口断路器的单相闪络故障时，闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路或第二可控开关-可调电阻回路包括：

当模拟发生模拟调相机断口断路器的单相闪络故障时：

闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关，同时调节第一可调电阻模拟相应闪络故障相的闪络电流的大小；

或者，闭合闪络故障发生器单元的第二可控开关，同时调节第二可调电阻模拟相应闪络故障相的闪络电流的大小，并调节单相闪络故障的电流的大小，当检测单相闪络故障的电流对应的负序电流达到调相机断口断路器闪络保护的定值时，启动调相机断口断路器的闪络故障保护动作于调相机的励磁装置灭磁；当灭磁无效后启动调相机断口断路器的失灵保护。

进一步地：所述当模拟调相机断口断路器的两相闪络故障时，同时闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关-可调电阻回路和第二可控开关-可调电阻回路包括：

当模拟发生模拟调相机断口断路器的两相闪络故障时：

闭合闪络故障发生器单元的第一可控开关和第二可控开关，同时调节第一可调电阻和第二可调电阻模拟两相闪络故障的闪络电流的大小，调节两相闪络故障的电流的大小，当检测单相闪络故障的电流对应的负序电流达到调相机断口断路器闪络保护的定值时，启动调相机断口断路器的闪络故障保护动作于调相机的励磁装置灭磁；当灭磁无效后启动调相机断口断路器的失灵保护。

实施例

下面结合具体实施例对本发明的技术方案再作进一步的详细说明，调相机断口闪络故障发生动态模拟方法的流程图如图3所示，包括：

1)所述调相机闪络故障发生模拟系统如图1所示，闪络故障发生电源跨接在三相同期开关k既调相机断口断路器两侧，第一可控开关-可调电阻回路k1-r1回路跨接其中任意一相，第二可控开关-可调电阻回路k2-r2回路跨接另一相。

2)所述调相机已运行至额定转速，投入励磁后建起额定电压，三相同期开关k处于断开状态，三相同期开关k的系统侧的模拟电力系统电压也已为额定值。

3)所述闪络故障发生单元，闭合开关第一可控开关k1或第二可控开关k2便可模拟单相闪络故障，同时闭合开关k1、k2便可模拟两相闪络故障。

4)所述闪络故障发生单元，在发生模拟闪络故障时调节可调电阻r1或r2的电阻值时，便可模拟相应闪络故障相的闪络电流的大小。所述闪络故障发生单元的电阻值可以近地调整(通过手动旋钮调整范围为0～100ω)，或远方由控制器遥控调整(通过在控制器中输入相应数值进行调整，范围为0～100ω)。

5)所述模拟闪络故障发生时，通过调节闪络故障电流的大小，使其负序电流达到断路器闪络保护的定值，调相机闪络保护装置检测到断口清理器处于三相断开状态，并检测到负序电流已达到其整定值，闪络保护动作于调相机灭磁，无效后启动断路器失灵保护。

断路器闪络保护原理图如图2所示，当闪络故障发生时系统处于三相不对称运行，此时系统就会产生负序电流，当负序电流达到保护动作的整定值i2fqx时，闪络保护程序检测断路器开关位置状态，断路器处于断开状态时(断路器a、b、c三相常闭结点jka、jkb、jkc串联连接，确保断路器处于断开位置时才能提供通路)，就会启动闪络保护，闪络保护先动作用于灭磁(切除调相机励磁)，无效后启动失灵保护，切除故障，确保调相机安全。

图2中，字母解释如下：i2fqx：负序电流元件定值；i0fqx：零序电流元件定值；tsl：闪络保护动作时间定值；jka、jkb、jkc：分别为图1中，开关k的a、b、c相，常闭辅助结点。

本发明提供的一种大型调相机断口断路器发生闪络的动态模拟系统及方法，提供的系统简单、使用灵活、运行可靠，实用性较强，能够在实验室内模拟调相机断开断路器发生闪络故障物理过程，提高了实验室模拟大型调相机故障能力，提高大型调相机组保护装置运行特性的试验验证工作效率。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。