本发明属于电网保护技术领域，具体涉及一种基于快速母联断路器的10kv系统重合闸及保护配合方法。
背景技术
电力系统发生故障时，离故障点较近的系统电压将会发生暂降，离故障点较远的系统三相电压的平衡度也会受到影响。而这些故障大多数为瞬时性故障，通过重合闸技术可以提高系统的供电可靠性。
对于母联断路器来说，若断路器切除故障的时间有效缩短，在某一条分段母线的出线上发生故障时，母联断路器能迅速隔离两条母线，这不仅降低了短路电流水平，较小了故障对于系统的冲击，还快速保证了另一条分段母线的供电可靠性。对于分段母线出线处的断路器来说，若断路器开断的时间能大大缩短，则在该分段母线的出线上发生故障时，该出线断路器能够快速隔离出线上的故障，则整个系统的供电质量将大大提升。这样看来，快速断路器技术对于提升电力系统的电能质量和电力系统稳定性有着重要的作用。因此，需要提出一种基于快速断路器技术的电力系统重合闸与保护配合方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是现有电力系统故障时电能质量低的技术问题，从而提供一种基于快速母联断路器的10kv系统重合闸及保护配合方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于快速母联断路器的10kv系统重合闸，包括母线和馈线，所述母线分为母线ⅰ和母线ⅱ，母线ⅰ和母线ⅱ通过分段快速断路器br串联连接；且在母线ⅰ和母线ⅱ之间串联有限流电抗器x，分段快速断路器br和限流电抗器l并联连接；在馈线上设置有出线断路器bk和重合闸，正常运行时，分段快速断路器br闭合将限流电抗器x短路；发生故障时，分段快速断路器br断开使限流电抗器x接入限定短路电流，出线断路器bk将故障馈线跳开，在重合闸之前分段快速断路器br合上，出线断路器bk再合闸或者分段快速断路器br断开使限流电抗器x接入限定短路电流，出线断路器bk将故障馈线跳开后并在重合闸的作用下闭合，分段快速断路器br最后闭合。
一种基于快速母联断路器的10kv系统重合闸的保护配合方法，分段快速断路器br和出线断路器bk两种配合方式，一种是在出线断路器bk将该故障馈线跳开后，在重合闸之前分段快速断路器br合上，若重合闸于永久性故障时，则需要分段快速断路器br再次跳开，将短路电流限制到一个较低的水平下，再跳开出线断路器bk，而若重合闸成功时，则出线断路器bk顺利合闸，分段快速断路器br也不需要再次动作；
另一种是在重合闸再次确定系统有无故障之后，再将分段快速断路器br合上，即在出线的断路器bk将该故障馈线跳开后，分段快速断路器br此时仍然是断开的，然后出线断路器bk在重合闸命令下进行第二次的关合，若重合闸于永久性故障，则出线断路器bk能快速将故障馈线再次跳开，等到出线断路器bk将故障馈线再次跳开后，再将分段快速断路器br合上，若重合闸成功，则等到出线断路器bk顺利合上后，分段快速断路器br再合上。
优选地，所述出线断路器bk采用快速断路器，并与分段快速断路器br有延时的配合，在分段快速断路器br处于闭合状态时，系统发生故障或者出线断路器bk重合闸于故障，先跳开分段快速断路器br将短路电流限制到一个较低的水平，再将出线断路器bk延时设定时间后跳开；若分段快速断路器br在重合闸之前合上，则分段快速断路器br将在出线断路器bk把故障馈线跳开之后顺利合上，经过设定时间的延时后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次的合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态；若重合闸不成功，分段快速断路器br再跳开，紧接着出线断路器bk经延时后跳开将故障馈线切除，然后分段快速断路器br再闭合，此时相当于重合闸不成功，需要运行人员去现场将故障排除后，再将出线断路器bk合上运行；
若分段快速断路器br在重合闸之后合上，则分段快速断路器br在重合闸之前一直处于断开状态，经过设定延时之后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次的合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态，分段快速断路器br顺利闭合；若重合闸不成功，分段快速断路器br本来就是开端状态，因此出线断路器不需要经历延时顺利将故障馈线跳开，跳开后分段快速断路器br顺利闭合。
优选地，所述出线断路器bk采用传统断路器，与分段快速断路器br没有延时的配合；分段断路器br处于闭合状态时，系统发生故障或者出线断路器重合闸于故障，分段快速断路器br跳开将短路电流限制到一个较低的水平，出线断路器bk在发生故障后顺利跳开，若分段断路器在重合闸之前合上，则分段快速断路器br将在出线断路器bk把故障馈线跳开之后顺利合上；经过正常延时之后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次的合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态，若重合闸不成功，相当于发生了一次故障，分段快速断路器br先跳开，出线断路器bk再跳开将故障馈线切除，然后分段快速断路器br再合上，此时相当于重合闸不成功，需要运行人员去现场将故障排除后，再将出线断路器bk合上运行；
若分段断路器在重合闸之后合上，则分段快速断路器br在重合闸之前一直处于断开状态；经过正常延时之后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次合闸，重合闸成功，则系统进入正常运行状态，分段快速断路器br顺利闭合；若重合闸不成功，相当于发生了一次故障，此时分段快速断路器br本来就是开端状态，出线断路器bk在重合闸之后打开，顺利将故障馈线跳开，跳开后分段快速断路器br顺利闭合。
本发明在母线上采用分段快速断路器进行分段，在正常运行时分段快速断路器通常处于闭合状态，提高每一段母线供电的可靠性，而在发生故障时分段快速断路器跳开，切断从其余母线处供给的短路电流。并且限流电阻抗的使用更能限制短路电流，因此，快速断路器技术应用于分段断路器上，可以提高供电的可靠性和灵活性，同时在发生短路故障时能将之前相连接的分段母线快速分割成分段形式，减小短路电流的同时也避免了不同母线分段之间的互相影响，提高供电的可靠性。
并且和出线断路器相配合，增加正常运行时的稳定性和供电的可靠性，有效减少故障相不符合国家标准的电压波形的持续时间，从而有助于提高电压的电能质量。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸成功时的时序图。
图3为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸不成功时的时序图。
图4为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸成功时的时序图。
图5为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸不成功时的时序图。
图6为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸成功时的时序图。
图7为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸不成功时的时序图。
图8为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸成功时的时序图。
图9为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸不成功时的时序图。
图10为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图11为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸不成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图12为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图13为本发明出线断路器采用快速断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸不成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图14为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图15为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之前闭合，重合闸不成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图16为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸成功时流过雁农线路的电流仿真图。
图17为本发明出线断路器采用传统断路器，分段断路器在重合闸之后闭合，重合闸不成功时流过雁农线路的电流仿真图。
具体实施方式
实施例1：一种基于快速母联断路器的10kv系统重合闸，如图1所示，包括母线和馈线，所述母线分为母线ⅰ和母线ⅱ，母线ⅰ和母线ⅱ通过分段快速断路器br串联连接；且在母线ⅰ和母线ⅱ之间串联有限流电抗器x，分段快速断路器br和限流电抗器l并联连接；在馈线上设置有出线断路器bk和重合闸，正常运行时，分段快速断路器br闭合将限流电抗器x短路；发生故障时，分段快速断路器br断开使限流电抗器x接入限定短路电流，出线断路器bk将故障馈线跳开，在重合闸之前分段快速断路器br合上，出线断路器bk再合闸或者分段快速断路器br断开使限流电抗器x接入限定短路电流，出线断路器bk将故障馈线跳开后并在重合闸的作用下闭合，分段快速断路器br最后闭合。
实施例2：一种基于快速母联断路器的10kv系统重合闸的保护配合方法，分段快速断路器br和出线断路器bk两种配合方式，一种是在出线断路器bk将该故障馈线跳开后，在重合闸之前分段快速断路器br合上，若重合闸于永久性故障时，则需要分段快速断路器br再次跳开，将短路电流限制到一个较低的水平下，再跳开出线断路器bk，而若重合闸成功时，则出线断路器bk顺利合闸，分段快速断路器br也不需要再次动作；
另一种是在重合闸再次确定系统有无故障之后，再将分段快速断路器br合上，即在出线的断路器bk将该故障馈线跳开后，分段快速断路器br此时仍然是断开的，然后出线断路器bk在重合闸命令下进行第二次的关合，若重合闸于永久性故障，则出线断路器bk能快速将故障馈线再次跳开，等到出线断路器bk将故障馈线再次跳开后，再将分段快速断路器br合上，若重合闸成功，则等到出线断路器bk顺利合上后，分段快速断路器br再合上。
具体地，所述出线断路器bk采用快速断路器，并与分段快速断路器br有延时的配合，在工程上，可以在出线断路器bk的继电保护装置中设置一个20ms的延时。
在分段快速断路器br处于闭合状态时，系统发生故障或者出线断路器bk重合闸于故障，并假定系统故障发生在0s，分段快速断路器br在自身时间20ms之后顺利跳开将短路电流限制到一个较低的水平，由于出线断路器的继电保护有20ms的延时配合，因此出线断路器bk在故障之后的40ms将故障馈线跳开；若分段快速断路器br在重合闸之前合上，则分段快速断路器br将在出线断路器bk把故障馈线跳开之后的20ms顺利合上，经过600ms的延时后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的640ms进行合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态，时序图如图2所示。
若重合闸不成功，即640ms之后又相当于发生了一次故障，分段快速断路器br先经过20ms之后跳开，紧接着20ms之后出线断路器bk跳开将故障馈线切除，然后分段快速断路器br再经过20ms之后合上，此时相当于重合闸不成功，需要运行人员去现场将故障排除后，再将出线断路器bk合上运行，时序图如图3所示。
从图2和图3可以看出，在该方案下，母线分段运行的时间较短，重合闸成功有40ms的分段运行时间，即使重合闸不成功，也不过80ms的分段运行时间。
同样假定故障发生在0s，首先分段断路器br在20ms之后顺利打开，由于出线断路器的继电保护有20ms的延时配合，因此出线断路器在故障之后的40ms将故障馈线跳开；若分段快速断路器br在重合闸之后合上，则分段快速断路器br在重合闸之前一直处于断开状态，经过600ms的延时之后，出线断路器在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的640ms进行合闸，重合闸成功，则系统进入正常运行状态，紧接着20ms之后，即660ms之后分段断路器顺利闭合，这一时序过程如图4所示。
若重合闸不成功，即640ms之后又相当于发生了一次故障，此时分段快速断路器本来就是开端状态，因此出线断路器不需要经历20ms的延时，即660ms顺利将故障馈线跳开。跳开后在经过20ms分段断路器顺利闭合。这一时序过程如图5所示。
从图4和图5可以看出，在该方案下，若重合闸于永久性故障，出线断路器能在20ms之内将故障快速切除隔离。
在本实施例中，所述出线断路器bk还可采用传统断路器，与分段快速断路器br没有延时的配合，出线断路器bk一般需要150ms的开断和或关合时间；分段快速断路器br处于闭合状态时，系统发生故障或者出线断路器重合闸于故障，假定系统故障发生在0s，分段快速断路器br在20ms之后顺利跳开将短路电流限制到一个较低的水平，出线断路器bk在发生故障后150ms将故障馈线顺利跳开，若分段断路器在重合闸之前合上，则分段快速断路器br将在出线断路器bk把故障馈线跳开之后的20ms顺利合上，即在170ms将分段断路器合上；经过600ms的延时之后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的750ms进行合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态，时序图如图6所示；
若重合闸不成功，即750ms之后又相当于发生了一次故障，分段快速断路器br先经过20ms之后跳开，故障后150ms出线断路器bk将故障馈线切除，然后分段快速断路器br经过20ms后再合上，此时相当于重合闸不成功，需要运行人员去现场将故障排除后，再将出线断路器bk合上运行，时序图如图7所示。
从图6和图7可以看出，在该方案下，母线分段运行的时间拉长了，重合闸成功有150ms的分段运行时间，重合闸不成功，更是达到300ms的分段运行时间。但重合闸若不成功时，也只能经历150ms的延时才能将故障切除，但这150ms是由于出线断路器采用传统断路器所决定的。
同样，假定原系统故障发生在0s，首先分段断路器在20ms之后顺利打开，出线断路器在故障之后的150ms将故障馈线跳开，若分段断路器在重合闸之后合上，则分段快速断路器br在重合闸之前一直处于断开状态；经过600ms的延时之后，出线断路器bk在重合闸的命令下进行第二次合闸，即出线断路器在故障之后的750ms进行合闸，重合闸成功，则系统进入正常运行状态，紧接着20ms之后，即770ms之后，分段快速断路器br顺利闭合，时序图如图8所示；
若重合闸不成功，即750ms之后又相当于发生了一次故障，此时分段快速断路器br本来就是开端状态，出线断路器bk在重合闸之后的150ms后打开，即900ms顺利将故障馈线跳开，跳开后经过20ms分段快速断路器br顺利闭合，时序图如图9所示。
从图8和图9可以看出，在该方案下，若重合闸于永久性故障，出线断路器也能规定的150ms之内将故障切除隔离。
为了验证本发明对本发明进行仿真验证
在pscad中，系统故障发生在2s，首先分段断路器br在20ms之后顺利打开，由于出线断路器的继电保护有20ms的延时配合，因此出线断路器在故障之后的40ms将故障馈线跳开。此时，若分段断路器在重合闸之前合上，则分段断路器将在出线断路器把故障馈线跳开之后的20ms顺利合上。经过600ms的延时之后，出线断路器在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的640ms进行合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态。在这个情形下，流过雁农线路的电流仿真结果如图10所示。
若重合闸不成功，即640ms之后又相当于发生了一次故障，此时需要分段断路器先经过20ms之后跳开，紧接着20ms之后出线断路器跳开将故障馈线切除，即680ms之后出线断路器跳开，然后分段断路器再经过20ms之后合上。在这个情形下，流过雁农线路的电流仿真结果如图11所示。
在pscad中，系统故障发生在2s，首先分段断路器br在20ms之后顺利打开，出线断路器在故障之后的40ms将故障馈线跳开。此时，若分段断路器在重合闸之后合上，则分段断路器在重合闸之前一直处于断开状态。经过600ms的延时之后，出线断路器在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的640ms进行合闸，重合闸成功，则系统进入正常运行状态，紧接着20ms之后，即660ms之后分段断路器顺利闭合，这个过程中流过雁农线路的电流仿真结果如图12所示。
若重合闸不成功，即640ms之后又相当于发生了一次故障，此时分段断路器本来就是开端状态，因此出线断路器不需要经历20ms的延时，即660ms顺利将故障馈线跳开。跳开后在经过20ms分段断路器顺利闭合，在这个情形下，流过雁农线路的电流仿真结果如图13所示。
对比图10和图11可以看出，若重合闸于瞬时性故障，即重合闸成功时，后续重合闸之后不存在故障电流，但分段断路器在重合闸之前闭合的方案能减小母线分段运行的时间，提高系统运行的可靠性和稳定性，因此分段断路器在重合闸之前闭合的方案优于分段断路器在重合闸之后闭合的方案；而从图12和图13可以看出，若重合闸于永久性故障，分段断路器在重合闸之前闭合的故障持续时间长于分段断路器在重合闸之后闭合的持续时间，并且在分段断路器在重合闸之前闭合的故障时的故障电流的第一个峰值为5.401ka，大于分段断路器在重合闸之后闭合的故障时的故障电流的第一个峰值5.071ka。而过大过长的短路电流可能会造成系统设备的损坏，但是与此同时，分段断路器在重合闸之前闭合的方案能减小母线分段运行的时间，提高系统运行的可靠性和稳定性，因此需要权衡考虑。
若出线断路器bk采用传统断路器，一般需要150ms的开断和或关合时间。那么则不需要和分段断路器br有延时的配合，即如果分段断路器br处于闭合状态时，系统发生故障或者出线断路器重合闸于故障，先经过20ms后跳开分段断路器br将短路电流限制到一个较低的水平，出线断路器在发生故障后的150ms顺利跳开。此时仍然在雁农线路末端发生三相金属性接地故障，仿真得到流过雁农线路的电流。
假定原系统故障发生在0s，首先分段断路器br在20ms之后顺利打开，出线断路器在故障之后的150ms将故障馈线跳开。此时，若分段断路器在重合闸之前合上，则分段断路器将在出线断路器把故障馈线跳开之后的20ms顺利合上，即在170ms将分段断路器合上。经过600ms的延时之后，出线断路器在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的750ms进行合闸，若重合闸成功，则系统进入正常运行状态，这一时序中流过雁农线路的电流结果仿真如图14所示。
若重合闸不成功，即750ms之后又相当于发生了一次故障，此时需要分段断路器先经过20ms之后跳开，故障后150ms出线断路器跳开将故障馈线切除，即2.9s时将故障馈线切除，然后分段断路器再经过20ms之后合上。在这一时序过程中流过雁农线路的电流如图15所示。
在pscad中，系统故障发生在2s，首先分段断路器在20ms之后顺利打开，出线断路器在故障之后的150ms将故障馈线跳开。此时，若分段断路器在重合闸之后合上，则分段断路器在重合闸之前一直处于断开状态。经过600ms的延时之后，出线断路器在重合闸的命令下进行第二次的合闸，即出线断路器在故障之后的750ms进行合闸，重合闸成功，则系统进入正常运行状态，紧接着20ms之后，即770ms之后分段断路器顺利闭合，这一过程中流过雁农线路的电流仿真结果如图16所示。
若重合闸不成功，即750ms之后又相当于发生了一次故障，此时分段断路器本来就是开端状态，因此出线断路器在重合闸之后的150ms后打开，即900ms顺利将故障馈线跳开。跳开后在经过20ms分段断路器顺利闭合。这一时序过程中流过雁农线路的电流仿真结果如图17所示。
对比图14和图15可以看出，若重合闸于瞬时性故障，即重合闸成功时，后续重合闸之后不存在故障电流，但分段断路器在重合闸之前闭合的方案能减小母线分段运行的时间，提高系统运行的可靠性和稳定性，因此分段断路器在重合闸之前闭合的方案优于分段断路器在重合闸之后闭合的方案；而从图16和图17可以看出，若重合闸于永久性故障，分段断路器在重合闸之后闭合的故障持续时间等于分段断路器在重合闸之前闭合的持续时间，因为此时的故障持续时间主要由出线断路器的出口动作时间150ms所决定，唯一的优点在于分段断路器在重合闸之后闭合的方案能够限制短时间的故障电流。但是分段断路器在重合闸之前闭合的方案能减小母线分段运行的时间，提高系统运行的可靠性和稳定性，因此也需要权衡考虑，相比于出线断路器采用快速断路器来说，这两种方案的对比中可以更倾向于选择分段断路器在重合闸之前闭合的方案。