一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置及方法，其中，装置包括：开关、线性阻抗、断路器控制模块和开关控制模块；线性阻抗和开关串联后连接于电磁式电压互感器的二次侧的两端；线性阻抗小于预定值；电磁式电压互感器连接于特高压母线上；断路器控制模块，用于发出断路器分闸或者合闸的控制信号给断路器，同时将控制信号发送给开关控制模块；开关控制模块，用于接收到控制信号后控制开关闭合，在预定时间段后控制开关断开。当断路器分闸或者合闸时，在PT二次侧接入线性阻抗预定时间段，以破坏谐振条件，抑制谐振过电压。不需要控制断路器与断路器两侧隔离开关操作时间的间隔，给整个调度运行减轻了负担。
【专利说明】一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及输电设备【技术领域】，特别涉及一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装 置及方法。
【背景技术】
[0002]首先介绍一下电磁式电压互感器(PT, Protential Transformer):
[0003]电磁式电压互感器的工作原理、构造和连接方法都与变压器相同，其主要区别在 于电压互感器的容量很小。
[0004]中性点直接接地的电力系统中，由于电磁式电压互感器PT励磁支路磁饱和特性， 当使用带有均压电容器的断路器对带有电磁式电压互感器的空载母线进行充电或切除时， 若断路器断口电容、母线对地电容及PT励磁支路非线性特性参数匹配，则PT的一相、两相 或三相将会激发产生铁磁谐振。由于谐波仅限于变电站空载母线范围内，故称其为变电站 空载母线谐振。
[0005]目前常用的抑制空载母线谐振的措施有:
[0006]第一种:在断路器对空载母线充电时，断路器两侧隔离开关合闸后随即合上断路 器；在断路器切除空载母线时，断开断路器后随即拉开两侧隔离开关。
[0007]但是这种方法的缺点是:需要在每次的空载母线投切过程中，控制断路器和隔离 开关的操作时间间隔，给调度和运行增加了负担。且在空载母线充电过程中，若出现较高幅 值母线谐振过电压，断路器的合闸充电对PT的绝缘极其不利，可能引起PT烧毁甚至爆炸。
[0008]第二种:当发现母线电压突然升高时，迅速切断电源侧开关。
[0009]但是这种方法的缺点是:切除电源侧开关，相当于投切空载母线操作失败。
[0010]第三种:在PT 二次侧接入消谐装置(以下简称该装置)，该装置为一非线性电感， 从改变谐振回路参数角度，破坏谐振条件。在系统正常运行状态下，该装置工作在线性区域 里，阻抗值较大，PT 二次侧负担较小；当出现谐振现象时，电压的增加会使得消谐装置工作 在饱和区域，其阻值变小，从而起到阻尼作用。
[0011]但是这种方法的缺点是:在PT 二次侧需要长期接入一负载(消谐装置)，在一定程 度上增加了 PT 二次侧负担。且为达到破坏谐振条件的目的，需要PT励磁特性及消谐装置 的磁饱和特性配合恰当，否则消谐装置起不到抑制作用，而这两条支路非线性特性的配合 存在困难。尤其是在特高压PT中，其匝数比太大一般为一万比一，并且匝数多，这将使得PT 绕组匝间电容增大，PT自身的外特性也由此变得更为复杂，增加了消谐装置磁饱和特性参 数配合的难度。
[0012]第四种:选用电容式电压互感器替代电磁式电压互感器。
[0013]这种方法虽然从根本上解决了 PT铁磁谐振的问题，但是电容式电压互感器的误 差特性和暂态特性比电磁式电压互感器要差。
[0014]综上所述，以上四种方法均对于抑制特高压控制母线铁磁谐振存在不同的缺点， 因此，本领域技术人员需要提供一种能够有效抑制特高压控制母线铁磁谐振的装置。
【发明内容】
[0015]本发明要解决的技术问题是提供一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置及方法，能够有效抑制特高压控制母线铁磁谐振，并且参数配合简单，无需控制断路器与其两侧的隔离开关操作时间间隔，减轻调度负担。
[0016]本发明实施例提供一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，包括:开关、线性阻抗、断路器控制模块和开关控制模块；
[0017]所述线性阻抗和所述开关串联后连接于电磁式电压互感器的二次侧的两端；所述线性阻抗小于预定值；所述电磁式电压互感器连接于特高压母线上；
[0018]所述断路器控制模块，用于发出断路器分闸或者合闸的控制信号给断路器，同时将所述控制信号发送给所述开关控制模块；
[0019]所述开关控制模块，用于接收到所述控制信号后控制所述开关闭合，在预定时间段后控制所述开关断开。
[0020]优选地，所述线性阻抗为电阻或者线性电感。
[0021]优选地，当所述线性阻抗为电阻时，所述电阻的取值范围为小于10Ω ；
[0022]当所述线性阻抗为线性电感时，所述线性电感的取值范围为小于15mH。
[0023]优选地，所述预定时间段为2秒-4秒。
[0024]优选地，所述特高压母线的电压为1000kV。
[0025]本发明实施例提供一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法，应用于与特高压母线相连接的电磁式电压互感器，包括:
[0026]当断路器分闸或者合闸动作时，控制开关闭合，所述开关与线性阻抗串联后并联在所述电磁式电压互感器的二次侧的两端；所述线性阻抗Z小于预定值；
[0027]在控制所述开关闭合预定时间段后，控制所述开关断开。
[0028]优选地，所述线性阻抗为电阻或者线性电感。
[0029]优选地，当所述线性阻抗为电阻时，所述电阻的取值范围为小于10 Ω ；
[0030]当所述线性阻抗为线性电感时，所述线性电感的取值范围为小于15mH。
[0031]优选地，所述预定时间段为2秒-4秒。
[0032]优选地，所述特高压母线的电压为1000kV。
[0033]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0034]本发明提供的装置和方法，当断路器分闸或者合闸时，在PT 二次侧接入线性阻抗预定时间段，以破坏谐振条件，抑制谐振过电压。由于线性阻抗仅是在断路器合闸或分闸后短时间接入，在正常情况下，线性阻抗不接入，以减少PT 二次侧的负载；从参数配合角度分析，线性阻抗比非线性电感更容易达到破坏谐振条件。并且不需要控制断路器与断路器两侧隔离开关操作时间的间隔，给整个调度运行减轻了负担。本发明中通过开关控制模块可以自动实现线性阻抗的投入和退出，结构简单，控制方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是本发明提供的特高压1000kV空载母线谐振回路示意图；
[0037]图2是图1对应的等值电路图；
[0038]图3是图2简化后的单相谐振回路图；
[0039]图4是1000kV的PT励磁曲线图；
[0040]图5是1000kV母线电压图和PT励磁电流图；
[0041]图6是本发明提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置实施例一示意图；
[0042]图7是本发明提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置实施例二示意图；
[0043]图8是本发明在PT 二次侧接入3mH线性电感时对应的电压和电流波形图；
[0044]图9是本发明在PT 二次侧接入2 Q电阻时对应的电压和电流波形图；
[0045]图10是本发明提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法实施例一流程图。
【具体实施方式】
[0046]为了本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明的技术方案，下面首先介绍空载母线谐振回路。
[0047]参见图1，该图为本发明提供的特高压1000kV空载母线谐振回路示意图。
[0048]图1所示为特高压变电站投切带有电磁式PT的1000kV空载母线所构成的谐振回路简化接线图。
[0049]图1中在断路器Q两端分别设有第一隔离开关SI和第二隔离开关S2 ；
[0050]在断路器Q的两端并联有断口电容CB。
[0051]空载母线的一侧连接有电磁式PT。
[0052]该特高压的电压等级为1000kV。
[0053]由图1可以得到图1对应的等值电路图，如图2所示。
[0054]其中，Ea、Eb、Ec为三相电源；
[0055]Cb为断路器断口电容；
[0056]Cs和Cm分别为1000kV母线对地电容和相间电容；
[0057]PT简化地用非线性电感L表示。
[0058]如果忽略相间电容Cm，则图2可以简化为图3所示的单相谐振回路。
[0059]回路发生谐振的自振频率为(0二{丨y/TC (O)L = I/ QJL') ?
[0060]如果在回路中电感元件与电容元件参数配合以及开关操作激励的情况下，使得自振频率《与工频Wtl相等，或者自振频率CO是工频COtl的分频或者高频，则会发生工频谐振、分频谐振或者高频谐振，从而在母线和PT上产生较大幅值的谐振过电压。
[0061]例如:在断路器断口电容CB=1080pF，1000kV母线对地电容Cs=3000pF情况下，当断路器分闸操作时，母线电压出现了分频谐振现象，如图5所示的电压波形和电流波形，谐振过电压最高约为1.36p.u.,衰减很慢。
[0062]从特高压PT励磁曲线图4中可以看出，PT励磁支路产生了持续不衰减的1/3次分频谐波电流，明显进入了饱和区域。
[0063]因此，本发明需要解决的技术问题就是抑制铁磁谐振过电压，抑制PT铁磁现象。[0064]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0066]实施例一:
[0067]参见图6，该图为本发明提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置实施例一示意图。
[0068]本实施例提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，包括:开关S、线性阻抗Z、开关控制模块100和断路器控制模块200 ；
[0069]所述线性阻抗Z和所述开关S串联后连接于电磁式电压互感器PT的二次侧的两端；所述线性阻抗Z小于预定值。
[0070]所述电磁式电压互感器PT连接于特高压母线上；
[0071]可以理解的是，开关S闭合时，相当于所述线性阻抗Z连接在PT的二次侧，开关S断开时，相当于所述线性阻抗Z与PT的二次侧断开。
[0072]所述断路器控制模块200，用于发出断路器分闸或者合闸的控制信号给断路器Q，同时将所述控制信号发送给所述开关控制模块100 ；
[0073]当对与PT相连的特高压母线带电(断电)时，断路器合闸(分闸)；
[0074]所述开关控制模块100，用于接收到所述控制信号后控制所述开关S闭合，在预定时间段后控制所述开关S断开。
[0075]需要说明的是，无论是断路器合闸还是断路器分闸，均需要控制所述开关S闭合，以使所述线性阻抗Z接入所述PT的二次侧。因为无论是断路器合闸还是断路器分闸，对于系统来说均是有激励，均会引起母线谐振过电压。因此，需要在PT的二次侧接入线性阻抗来破坏谐振条件，从而抑制母线谐振过电压。
[0076]需要说明的是，本发明实施例中的线性阻抗Z可以为电阻，也可以为线性电感，也可以为电阻和线性电感的串联；当线性阻抗Z为电阻时，所述电阻和开关S串联后连接在PT的二次侧；当线性阻抗Z为线性电感时，所述线性电感和开关S串联后连接在PT的二次侧；当线性阻抗Z为电阻和线性电感串联时，所述电阻和线性电感以及开关S串联后连接在PT的二次侧。
[0077]可以理解的是，现有技术中均是采用在PT 二次侧接入消谐装置，该消谐装置为一个非线性电感。该非线性电感是长期接入PT 二次侧的。
[0078]而本发明实施例提供的装置是在PT 二次侧接入线性阻抗，并且是短时间接入的，即保证线性阻抗接入的时间是预定时间段，预定时间段到达以后便将线性阻抗从PT的二次侧切断。由于PT 二次侧长期接入低阻值的线性阻抗，将会导致系统正常状态下，PT 二次侧长期承载较高幅值的电流，一是会增加PT 二次侧负载，甚至带来PT过热，二是会增大PT测量误差，在实际运行中一般不采用长期在PT 二次侧接入线性阻抗。而本发明是采取短时间接入线性阻抗，不但不会出现以上问题，而且还会有效地抑制母线谐振过电压。
[0079]本实施例提供的装置，在PT 二次侧短时间接入线性阻抗，以破坏谐振条件，抑制谐振过电压。由于线性阻抗仅是在断路器合闸或分闸后短时间接入，在正常情况下，线性阻 抗不接入，以减少PT 二次侧的负载；从参数配合角度分析，线性阻抗比非线性电感更容易 达到破坏谐振条件。并且不需要控制断路器与断路器两侧隔离开关操作时间的间隔，给整 个调度运行减轻了负担。本发明中通过开关控制模块可以自动实现线性阻抗的投入和退 出，结构简单，控制方便。
[0080]实施例二:
[0081]参见图7，该图为本发明提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置实施例二示 意图。
[0082]需要说明的是，本实施例中提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，
[0083]所述线性阻抗可以为电阻，也可以为线性电感。
[0084]其中线性电感可以由线性线圈来实现。
[0085]由于本发明中的线性阻抗需要采用阻值较小的阻抗，因此，优选地，当所述线性阻 抗为电阻时，所述电阻的取值范围为小于IOQ ；
[0086]当所述线性阻抗为线性电感时，所述线性电感的取值范围为小于15mH。
[0087]另外，只有在断路器合闸时或者断路器分闸时，才控制开关S闭合，使线性电感或 者电阻接入PT的二次侧，并且在接入预定时间段后控制其断开连接，一般所述预定时间段 优选为2秒-4秒。例如，选择短时间接入2s。
[0088]需要说明的是，本发明实施例中所述特高压母线的电压为1000kV。本发明实施 例提供的装置也适用于该电压等级的特高压输电系统中，因为在比这个电压等级低的系统 中，利用现有技术中的方法即可，由于PT不会出现特高压中这么高的匝比，因此利用现有 技术中的方法便可以有效抑制谐振过电压。
[0089]如图7所示，在PT的二次侧连接串联的开关S和线性电感L ;或者在PT的二次侧 连接串联的开关S和电阻R ;
[0090]断路器控制模块200发送控制信号给开关控制模块100，开关控制模块100控制开 关S闭合，可以理解的是，开关控制模块100在控制开关S闭合预定时间段后控制开关S断 开。
[0091]其中，线性电感可以由电感线圈来实现。
[0092]本发明实施例中采用PT 二次侧(即二次绕组侧)接入合适阻值的电阻或线性电感， 来达到破坏谐振条件、抑制铁磁谐振过电压的目的，线性电感或电阻的阻值可以采用电磁 暂态仿真分析的手段获得。线性电感或电阻通过短时接入(例如投入时间为2s)的方式，仅 在断路器投切空载母线工况下短时投入，在正常情况下退出，以减少PT 二次侧负载。本发 明通过在PT 二次绕组串接一套具有自动投切功能的开关及开关控制模块，实现线性电感 或电阻的自动投入和退出。
[0093]为了更直观地了解本发明实施例提供的装置抑制谐振过电压的效果，下面以PT 二次侧短时间分别接入3mH电感或2 Q电阻为例进行介绍。
[0094]参见图8，该图为本发明在PT 二次侧接入3mH线性电感时对应的电压和电流波形 图。
[0095]参见图9，该图为本发明在PT 二次侧接入2 Q电阻时对应的电压和电流波形图。
[0096]从图8和图9可以看出，在断路器分闸操作前，将PT 二次绕组短时接入3mH电感或2Ω电阻，母线分频谐振过电压很快衰减，有效的抑制了 PT铁磁谐振现象。
[0097]基于以上实施例提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，本发明实施例还提供了一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法。下面结合附图对其进行详细的介绍。
[0098]方法实施例一:
[0099]参见图10，该图为本发明提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法实施例一流程图。
[0100]本发明实施例提供的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法，应用于特高压母线的一端连接电磁式电压互感器，包括:
[0101]S1001:当断路器分闸或者合闸动作时，控制开关闭合，所述开关与线性阻抗串联后并联在所述电磁式电压互感器的二次侧的两端；所述线性阻抗Z小于预定值。
[0102]可以理解的是，开关闭合时，相当于所述线性阻抗连接在PT的二次侧，开关断开时，相当于所述线性阻抗与PT的二次侧断开。
[0103]S1002:在控制所述开关闭合预定时间段后，控制所述开关断开。
[0104]需要说明的是，无论是断路器合闸还是断路器分闸，均需要控制所述开关闭合，以使所述线性阻抗Z接入所述PT的二次侧。因为无论是断路器合闸还是断路器分闸，对于系统来说均是有激励，在参数匹配情况下，均会引起母线谐振过电压。因此，需要在PT的二次侧接入线性阻抗来破坏谐振条件，从而抑制母线谐振过电压。
[0105]可以理解的是，现有技术中均是采用在PT 二次侧接入消谐装置，该消谐装置为一个非线性电感。该非线性电感是长期接入PT 二次侧的。
[0106]而本发明实施例提供的方法是在PT 二次侧接入线性阻抗，并且是短时间接入的，即保证线性阻抗接入的时间是预定时间段，预定时间段到达以后便将线性阻抗从PT的二次侧切断。由于PT 二次侧长期接入低阻值的线性阻抗，将会导致系统正常状态下，PT 二次侧长期承载较高幅值的电流，一是会增加PT 二次侧负载，甚至带来PT过热，二是会增大PT测量误差，在实际运行中一般不采用长期在PT 二次侧接入线性阻抗。而本发明是采取短时间接入线性阻抗，不但不会出现以上问题，而且还会有效地抑制母线谐振过电压。
[0107]本实施例提供的方法，在PT 二次侧短时间接入线性阻抗，以破坏谐振条件，抑制谐振过电压。由于线性阻抗仅是在断路器合闸或分闸后短时间接入，在正常情况下，线性阻抗不接入，以减少PT 二次侧的负载；从参数配合角度分析，线性阻抗比非线性电感更容易达到破坏谐振条件。并且不需要控制断路器与断路器两侧隔离开关操作时间的间隔，给整个调度运行减轻了负担。本发明中通过开关控制模块可以自动实现线性阻抗的投入和退出，结构简单，控制方便。
[0108]需要说明的是，所述线性阻抗可以为电阻，也可以为线性电感。
[0109]其中线性电感可以由线性线圈来实现。
[0110]由于本发明中的线性阻抗需要采用阻值较小的阻抗，因此，优选地，当所述线性阻抗为电阻时，所述电阻的取值范围为小于10Ω ；
[0111]当所述线性阻抗为线性电感时，所述线性电感的取值范围为小于15mH。
[0112]另外，只有在断路器合闸时或者断路器分闸时，才控制开关S闭合，使线性电感或者电阻接入PT的二次侧，并且在接入预定时间段后控制其断开连接，一般所述预定时间段优选为2秒-4秒。例如，选择短时间接入2s。[0113]需要说明的是，本发明实施例中所述特高压母线的电压为1000kV。本发明实施 例提供的方法也适用于该电压等级的特高压输电系统中，因为在比这个电压等级低的系统 中，利用现有技术中的方法即可，由于PT不会出现特高压中这么高的匝比，因此利用现有 技术中的方法便可以有效抑制谐振过电压。
[0114]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，其特征在于，包括:开关、线性阻抗、断路器控制模块和开关控制模块； 所述线性阻抗和所述开关串联后连接于电磁式电压互感器的二次侧的两端；所述线性阻抗小于预定值；所述电磁式电压互感器连接于特高压母线上； 所述断路器控制模块，用于发出断路器分闸或者合闸的控制信号给断路器，同时将所述控制信号发送给所述开关控制模块； 所述开关控制模块，用于接收到所述控制信号后控制所述开关闭合，在预定时间段后控制所述开关断开。
2.根据权利要求1所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，其特征在于， 所述线性阻抗为电阻或者线性电感。
3.根据权利要求1或2所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，其特征在于， 当所述线性阻抗为电阻时，所述电阻的取值范围为小于10 Ω ； 当所述线性阻抗为线性电感时，所述线性电感的取值范围为小于15mH。
4.根据权利要求1或2所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，其特征在于， 所述预定时间段为2秒-4秒。
5.根据权利要求1所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的装置，其特征在于， 所述特高压母线的电压为loookv。
6.一种抑制特高压空载母线`铁磁谐振的方法，其特征在于，应用于与特高压母线相连接的电磁式电压互感器,包括: 当断路器分闸或者合闸动作时，控制开关闭合，所述开关与线性阻抗串联后并联在所述电磁式电压互感器的二次侧的两端；所述线性阻抗Z小于预定值； 在控制所述开关闭合预定时间段后，控制所述开关断开。
7.根据权利要求6所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法，其特征在于， 所述线性阻抗为电阻或者线性电感。
8.根据权利要求6或7所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法，其特征在于， 当所述线性阻抗为电阻时，所述电阻的取值范围为小于10 Ω ； 当所述线性阻抗为线性电感时，所述线性电感的取值范围为小于15mH。
9.根据权利要求6或7所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法，其特征在于， 所述预定时间段为2秒-4秒。
10.根据权利要求6所述的抑制特高压空载母线铁磁谐振的方法，其特征在于， 所述特高压母线的电压为loookv。
【文档编号】H02H7/22GK103606904SQ201310611833
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】张媛媛, 班连庚, 项祖涛, 宋瑞华, 郑彬, 韩彬, 王晓彤, 韩亚楠 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院