交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法与流程

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法。

背景技术：

在高压直流输电工程的换流站内一般安装有8～22个交流滤波器(alternatingcurrentfilter，acf)小组，为换流工作提供无功，并滤除它所产生的交流谐波。acf小组断路器就是在换流站无功功率控制系统的控制下，进行分组投切以满足换流站运行中的无功功率需求。但在每次投切过程中，由于系统参数和工作条件的改变，引起了电容器和电感间的电磁能量转换，造成内部过电压，使得acf小组断路器在开断后，其断口间承受交直流混合过电压共同作用，存在着发生内绝缘故障的概率。基于acf断路器运维情况及缺陷故障的梳理分析，其绝缘问题明显超出了一般断路器，且历史故障缺陷均发生在acf断路器开断交流滤波器时刻。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法，以便对重击穿风险进行评估。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法，其特征在于，包括步骤：

建立直流系统的仿真模型；

在所述仿真模型中，断路器在flt_t1时刻切除，在flt_t2时刻发生重燃，在flt_t3时电弧被拉断，且设置为flt_t2＝flt_t1+0.01s，flt_t3＝flt_t2+0.0005s；

分别记录发生重燃后，电阻器、电容器、电抗器两端以及高压端对地电压波形，并根据波形判断重击穿风险的高低。

本发明公开了一种交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法，首先建立直流系统的仿真模型，再在仿真模型中模拟断路器重燃，同时记录电阻器、电抗器和电容器的电压波形，根据波形判断重击穿的风险高低，为acf断路器及其关联设备的绝缘问题和风险危害提供了参考。

附图说明

图1为本发明交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法的流程示意图；

图2为dt12/24型acf的主接线图；

图3为dt11/13型acf的主接线图；

图4为dt11/24型acf的主接线图；

图5为tt3/24/36型acf的主接线图；

图6为dt3/36型acf的主接线图；

图7为dt13/36型acf的主接线图；

图8为hp3型acf的主接线图；

图9为shuntc型acf的主接线图。

具体实施方式

过电压产生的机理如下：断路器开断交流滤波器时，触头开始分离的同时，作用在触头间的接触压力就开始减少，接触面积也缩小，因而接触电阻和触头中放出的热量就增加。热量集中在很小的体积内，金属被加热到高温而熔化，在触头之间形成液态金属桥。最后金属桥被拉开，在触头之间形成过渡的或稳定的电弧。当电流过零时电弧自然熄灭。

重击穿过电压：断路器在电流过零开断电弧后，如果开关恢复电压及其上升速度高于端口绝缘强度，电弧就会在瞬间将端口击穿，产生重击穿，交流滤波器电容、电感组件上的上一次并产生重击穿过电压。随后高频暂态电流过零点，断口再次灭弧。

本发明交流滤波器小组断路器单相重击穿风险的评估方法，先对直流系统进行仿真建模，再根据模型进行风险评估。下面对建模及计算的过程进行详细说明。

各型滤波器的基本情况如下：

1、a型acf基本情况

根据滤波的谐波次数划分，a型acf可分为dt12/24、dt11/13、dt11/24三种类型，依次如图1、2、3所示，其中c表示电容器、l表示电抗器、r表示电阻器、f避雷器)；

(2)dt11/13的主接线图如图2所示(c电容器、l电抗器、r电阻器、f避雷器)；

(3)dt11/24的主接线图如图3所示(c电容器、l电抗器、r电阻器、f避雷器)。

2、b型acf基本情况

根据滤波的谐波次数划分，b型acf可分为tt3/24/36、dt3/36、dt13/36三种类型，依次如图4、5、6所示。

3、hp3型acf基本情况如图7所示；

4、shuntc型acf基本情况如图8所示。

直流系统的运行方式：依据±500kv、±800kv直流输电线路的运行规程，参照双极全压运行方式进行计算研究。

研究工况：直流输电工程一般用于大容量远距离输电，逆变侧换流站一般位于负荷中心。换流站的交流母线同时也是交流系统的一个枢纽母线，需要维持交流母线电压的基本恒定。在不同的负荷方式下，换流站应该有足够的调节能力，即在大负荷方式下，交流系统无功不足，母线电压下降，换流站应该能够提供部分无功，这是需要较多的交流滤波器；在小负荷方式下，交流系统无功过剩，此时需要较少的交流滤波器组，母线电压升高，直流站控直接发出切除滤波器组的指令，按一定的策略顺序切除滤波器组。

工况1：全站投入所有交流滤波器组

直流系统全压运行，输送额定负荷，全站所有的交流滤波器全部投入使用，在系统电压最大时候切除1个交流滤波器小组。

工况2：全站仅投入2个交流滤波器组

直流系统全压运行，输送10％额定负荷，全站仅投入2～3小组交流滤波器，在系统电压最大时候切除1个交流滤波器小组。

击穿方式：交流滤波器的分闸分为正常分闸、单相重击穿、两相重击穿、三相重击穿，单相重击穿发生概率较大。在仿真过程中，根据实际交流滤波器的运行情况，选择在断路器恢复电压最大时刻发生击穿。

整个仿真模型分为送端电网、整流换流站、直流线路、逆变换流站和受端电网，各个换流站的acf分别接在交流网络上。

送受端网络采用最小短路容量对应的短路阻抗进行等效；

换流站电压和电流控制借鉴hvdccigre模型控制方法。整流侧采用定电流控制和最小α控制，逆变侧采用定电流控制、最小熄弧角γ，低压限流控制。

交流滤波器根据交流滤波器的主接线图、小组交流滤波器的主接线图、设备规范以及避雷器伏安特性搭建仿真模型。

断路器切除小组acf重燃控制如图3，断路器在t＝flt_t1切除断路器，在flt_t2时刻发生重燃，其中flt_t2＝flt_t1+0.01，设置重燃持续时间为0.5ms，即在flt_t3时弧被拉断，重燃结束。其中flt_t3＝flt_t2+0.0005。

分别记录电阻器、电容器、电抗器两端以及高压端对地电压波形。

对acf断路器切除仿真计算结果，举例如下。

(1)正常分闸

首先模拟正常分闸过程，在a相系统电压为最大时三相分闸，三相电流过零熄弧。

正常分闸时c1两端的电压不能发生突变，基本保持不变，对于断路器断口交流系统侧电压周期性变化，故其两端的电压波形是正弦波(1-cosωt)。

(2)切除交流滤波器单相重击穿过电压分析

在0节基础上，电流过零点开断后经过半个周波(10ms)，此时触头间暂态恢复电压(trv)最高，从而发生a相重击穿。此时动弧头仍然在运动，喷嘴吹出气体，经历0.5ms后弧再次被拉断。

acf重击穿相l1两端过电压的上升沿为20～50μs，属于缓波前操作过电压。l1的高压端都并联一个避雷器fac1对其进行保护，当l1高压端对地电压超过避雷器的保护水平，避雷器开始动作，由于避雷器的非线性，电流经避雷器流入大地，能量进行泄放后，但是由于电路的震荡使得能量尚未泄放完成，电压已经开始下降，避雷器停止动作。电压过零后电压反向增大，避雷器动作，将电压限制在一定范围内。

c2和l2上没有产生过电压，呈现等幅震荡过程。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。