一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的方法和装置与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的方法和装置。


背景技术：

2.随着电网的迅速发展，电网规模日益增大，我国电力系统中短路电流水平逐年增长。过大的短路电流会对电力系统的安全稳定运行以及电气设备本身产生危害。为了确定短路电流限制措施，需要对短路电流水平。
3.目前在电力系统中短路电流计算及确定短路电流限制措施时，主要以母线对地短路电流水平为主要指标。虽然这种计算校核方法可以涵盖最严重的短路电流情况，但由于不考虑接线拓扑、及断路器动作时序的影响，忽略了设备所实际承受的短路电流特性，无法对断路器实际开断短路电流进行准确评估，所得结果往往偏严格。有理论研究中考虑了变电站接线方式，通过计算支路电流与母线对地电流计算断路器开断电流，但这种方法无法考虑断路器动作时序的影响，同时也难以反映当变电站接线拓扑中个别原件退出运行带来的影响。
4.如果详细分析电力系统中故障情况下的断路器实际开断电流，需要建立变电站内部接线的详细参数模型，并需要建立包括断路器模型在内的详细电磁暂态模型。由于变电站众多，不同变电站接线拓扑和参数往往不同，模型和参数的准确获得较为困难，同时由于计算工作量较大，计算耗时较长，在某些应用场合无法满足计算速度需要。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的方法，包括：
6.将变电站各段母线、变电站线路或主变支路的位置，分别作为单一节点；
7.通过将每个单一节点之间通过断路器阻抗相连，将所述每个单一节点与站外节点通过线路或变压器相连，建立每个变电站的站内拓扑结构仿真模型；
8.根据所述仿真模型计算每个变电站的各个单一节点的对地短路电流，当所述对地短路电流大于断路器的遮断容量，则确定所述对地短路电流对应的节点与外站或支路的接线拓扑结构；
9.根据所述接线拓扑结构，获取所述对应的节点的对地故障的短路电流和所述短路电流的最大值与所述断路器遮断容量的比值，根据所述短路电流和所述比值，确定所述断路器短路电流超标的故障位置。
10.优选的，所述断路器，在闭合状态下采用集中阻抗模型，断路器的阻抗值采用测量阻抗值；若无测量阻抗数据，则采用典型阻抗值0.001欧姆。
11.优选的，当所述对地短路电流超过断路器的遮断容量，则确定所述对地短路电流对应的节点与外站或支路的拓扑结构，包括：
12.将第i段节点的短路电流设为i
ni
，当i
ni
大于断路器的遮断容量，则确定第i段节点的短路电流超标，所述第i段节点为超标节点；
13.当所述超标节点通过线路或主变与外站相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构；
14.当所述超标节点仅与断路器阻抗支路相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构。
15.优选的，还包括：
16.当第i段节点的短路电流i
ni
小于或等于断路器的遮断容量，则第i段节点的短路电流不超标。
17.优选的，根据所述接线拓扑结构，获取所述对应的节点的对地故障的短路电流和所述短路电流的最大值与所述断路器遮断容量的比值，根据所述短路电流和所述比值，确定所述断路器短路电流超标的故障位置，包括：
18.当变电站的接线拓扑结构为超标节点通过线路或主变与外站相连，计算与所述超标节点相边的主变或支路断开时，所述超标节点的对地故障的短路电流i
ni
，当所述短路电流i
ni
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置；
19.当变电站的接线拓扑结构为超标节点仅与断路器阻抗支路相连，设与所述短路节点有n个断路器相连，分别计算仅单个断路器与所述超标节点相连时的短路电流；设第k个断路器与所述超标节点相连时的短路电流为i
nik
，记录最大值i
ni_max
，如果i
ni_max
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置。
20.本技术同时提供一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的装置，包括：
21.单一节点确定单元，用于将变电站各段母线、变电站线路或主变支路的位置，分别作为单一节点；
22.仿真模型建立单元，用于通过将每个单一节点之间通过断路器阻抗相连，将所述每个单一节点与站外节点通过线路或变压器相连，建立每个变电站的站内拓扑结构仿真模型；
23.拓扑结构确定单元，用于根据所述仿真模型计算每个变电站的各个单一节点的对地短路电流，当所述对地短路电流大于断路器的遮断容量，则确定所述对地短路电流对应的节点与外站或支路的接线拓扑结构；
24.故障位置确定单元，用于根据所述接线拓扑结构，获取所述对应的节点的对地故障的短路电流和所述短路电流的最大值与所述断路器遮断容量的比值，根据所述短路电流和所述比值，确定所述断路器短路电流超标的故障位置。
25.优选的，所述断路器，在闭合状态下采用集中阻抗模型，断路器的阻抗值采用测量阻抗值；若无测量阻抗数据，则采用典型阻抗值0.001欧姆。
26.优选的，拓扑结构确定单元，包括：
27.超标节点确定子单元，用于将第i段节点的短路电流设为i
ni
，当i
ni
大于断路器的遮断容量，则确定第i段节点的短路电流超标，所述第i段节点为超标节点；
28.拓扑结构确定子单元，用于当所述超标节点通过线路或主变与外站相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构；
29.拓扑结构确定子单元，用于当所述超标节点仅与断路器阻抗支路相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构。
30.优选的，还包括：
31.短路电流不超标确定子单元，用于当第i段节点的短路电流i
ni
小于或等于断路器的遮断容量，则第i段节点的短路电流不超标。
32.优选的，包括：
33.故障位置确定子单元，用于当变电站的接线拓扑结构为超标节点通过线路或主变与外站相连，计算与所述超标节点相边的主变或支路断开时，所述超标节点的对地故障的短路电流i
ni
，当所述短路电流i
ni
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置；
34.故障位置确定子单元，用于当变电站的接线拓扑结构为超标节点仅与断路器阻抗支路相连，设与所述短路节点有n个断路器相连，分别计算仅单个断路器与所述超标节点相连时的短路电流；设第k个断路器与所述超标节点相连时的短路电流为i
nik
，记录最大值i
ni_max
，如果i
ni_max
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置。
35.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求上述任一项所述方法的步骤。
36.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求上述任一项所述的方法的步骤。
附图说明
37.图1是本发明提供的一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的方法的流程示意图；
38.图2是本发明涉及的电气接线原理图；
39.图3是本发明涉及的变电站接线示意图；
40.图4是本发明涉及的考虑接线拓扑的计算模型示意图；
41.图5是本发明涉及的某变电站运行方式下的接线图；
42.图6是本发明提供的一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的装置的结构示意图。
具体实施方式
43.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
44.图1是本发明提供的一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的方法的流程示意图，下面结合图1对本发明提供的方法进行详细说明。
45.步骤s101，将变电站各段母线、变电站线路或主变支路的位置，分别作为单一节点。
46.本发明提出的用于确定断路器开断短路故障位置的方法，不依赖变电站详细布置
参数，仅需要考虑变电站主接线拓扑，可快速筛选断路器实际开断短路电流超标的厂站，并确定超标的故障位置，为进一步采取措施提供技术依据。首先，将变电站各段母线均作为单一节点；将变电站线路或主变支路的位置均分别作为单一节点。
47.步骤s102，通过将每个单一节点之间通过断路器阻抗相连，将所述每个单一节点与站外节点通过线路或变压器相连，建立每个变电站的站内拓扑结构仿真模型。
48.断路器，在闭合状态下采用集中阻抗模型，断路器的阻抗值采用测量阻抗值；若无测量阻抗数据，则采用典型阻抗值0.001欧姆。断开状态的断路器不需要模拟。
49.变电站每个节点之间均通过断路器阻抗相连，与站外节点通过与变电站相连的线路、变压器相连。
50.依据上述原则，可得到反映站内拓扑结构的仿真模型。以典型站为例，图2为某站的系统接线示意图，图3为起变电站接线图，图4为根据上述等值方法得到的站内仿真模型，其共有8个节点，6个断路器等值阻抗；6个节点通过线路或变压器与外站相连。
51.步骤s103，根据所述仿真模型计算每个变电站的各个单一节点的对地短路电流，当所述对地短路电流大于断路器的遮断容量，则确定所述对地短路电流对应的节点与外站或支路的接线拓扑结构。
52.计算变电站各节点短路故障时的对地短路电流，将第i段节点的短路电流设为i
ni
，当i
ni
大于断路器的遮断容量，则确定第i段节点的短路电流超标，所述第i段节点为超标节点；当第i段节点的短路电流i
ni
小于或等于断路器的遮断容量，则第i段节点的短路电流不超标。
53.当所述超标节点通过线路或主变与外站相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构；当所述超标节点仅与断路器阻抗支路相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构。
54.步骤s104，根据所述接线拓扑结构，获取所述对应的节点的对地故障的短路电流和所述短路电流的最大值与所述断路器遮断容量的比值，根据所述短路电流和所述比值，确定所述断路器短路电流超标的故障位置。
55.当变电站的接线拓扑结构为超标节点通过线路或主变与外站相连，计算与所述超标节点相边的主变或支路断开时，所述超标节点的对地故障的短路电流i
ni
，当所述短路电流i
ni
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置。
56.当变电站的接线拓扑结构为超标节点仅与断路器阻抗支路相连，设与所述短路节点有n个断路器相连，分别计算仅单个断路器与所述超标节点相连时的短路电流；设第k个断路器与所述超标节点相连时的短路电流为i
nik
，记录最大值i
ni_max
，如果i
ni_max
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置。
57.实施例如下；
58.以某变电站为例，分析其断路器开断电流超标的故障位置。变电站实际运行接线方式为图5所示，其中断路器cb8为断开状态。该变电站有4回线路和2个主变压器。
59.根据常规计算方法1，变电站一般视作单一节点，计算的变电站短路电流水平为65ka，显示短路电流超标，但无法判断具体超标的故障位置。
60.采用常规计算方法2，根据各支路短路电流水平，推算各支路故障时的断路器短路
电流水平，可得到在支路故障时，断路器开断电流不超标，在母线故障时短路电流超标。
61.采用本发明所提出的方法，建立反映接线拓扑和实际原件状态的模型后，计算的母线故障和各支路故障时断路器短路电流均不超标。常规方法2和本发明方法的主要差别在于，方法2无法考虑断路器停运的工况，此外也无法考虑断路器动作时序的影响。造成结果差异。
62.表1计算对比
[0063][0064]
基于同一发明构思，本发明同时提供一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的装置600，如图6所示，包括：
[0065]
单一节点确定单元610，用于将变电站各段母线、变电站线路或主变支路的位置，分别作为单一节点；
[0066]
仿真模型建立单元620，用于通过将每个单一节点之间通过断路器阻抗相连，将所述每个单一节点与站外节点通过线路或变压器相连，建立每个变电站的站内拓扑结构仿真模型；
[0067]
拓扑结构确定单元630，用于根据所述仿真模型计算每个变电站的各个单一节点的对地短路电流，当所述对地短路电流大于断路器的遮断容量，则确定所述对地短路电流对应的节点与外站或支路的接线拓扑结构；
[0068]
故障位置确定单元640，用于根据所述接线拓扑结构，获取所述对应的节点的对地故障的短路电流和所述短路电流的最大值与所述断路器遮断容量的比值，根据所述短路电流和所述比值，确定所述断路器短路电流超标的故障位置。
[0069]
优选的，所述断路器，在闭合状态下采用集中阻抗模型，断路器的阻抗值采用测量阻抗值；若无测量阻抗数据，则采用典型阻抗值0.001欧姆。
[0070]
优选的，拓扑结构确定单元，包括：
[0071]
超标节点确定子单元，用于将第i段节点的短路电流设为i
ni
，当i
ni
大于断路器的遮断容量，则确定第i段节点的短路电流超标，所述第i段节点为超标节点；
[0072]
拓扑结构确定子单元，用于当所述超标节点通过线路或主变与外站相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构；
[0073]
拓扑结构确定子单元，用于当所述超标节点仅与断路器阻抗支路相连，则确定当前连接方式为变电站的接线拓扑结构。
[0074]
优选的，还包括：
[0075]
短路电流不超标确定子单元，用于当第i段节点的短路电流i
ni
小于或等于断路器的遮断容量，则第i段节点的短路电流不超标。
[0076]
优选的，故障位置确定单元，包括：
[0077]
故障位置确定子单元，用于当变电站的接线拓扑结构为超标节点通过线路或主变与外站相连，计算与所述超标节点相边的主变或支路断开时，所述超标节点的对地故障的短路电流i
ni
，当所述短路电流i
ni
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置；
[0078]
故障位置确定子单元，用于当变电站的接线拓扑结构为超标节点仅与断路器阻抗支路相连，设与所述短路节点有n个断路器相连，分别计算仅单个断路器与所述超标节点相连时的短路电流；设第k个断路器与所述超标节点相连时的短路电流为i
nik
，记录最大值i
ni_max
，如果i
ni_max
大于所述断路器遮断容量，则所述超标节点为所述断路器的短路电流超标的故障位置。
[0079]
本发明提供的一种确定断路器开断短路电流超标故障位置的方法和装置，不依赖变电站详细布置参数，仅通过变电站主接线和设备状态，即可建立用于站内不同位置短路电流计算的仿真模型。考虑变电站接线拓扑和实际运行状态的断路器短路电流超标故障位置确定方法。在建立模型的基础上，进一步通过考虑断路器动作时序的影响，提出故障位置确定方法和流程。解决现有模型计算工作量较大，计算耗时较长，无法满足计算速度需要的问题。