一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法。


背景技术：

2.随着用电负荷密度的不断增加，为提高系统稳定性和供电可靠性，我国电网已经形成了500kv电压等级的主网架结构，而且电网网架结构仍在不断加强，使得负荷中心的短路电流逐渐逼近甚至超过断路器的开断容量。一般采用通过优化网架结构和开机来解决，但由此弱化了网架结构的完整性，因此存在电网稳定性与短路电流超标的矛盾，迫切需要对负荷中心短路电流超标的500kv厂站的断路器进行升级改造。
3.交流故障期间的短路电流中包含周期分量和非周期分量，以往方式计算中通常只考虑周期分量，而实际由于短路电流不能突变，使得叠加非周期分量后的短路电流超过了断路器的开断电流，当非周期分量随时间衰减到断路器开断电流以下时，断路器才能开断线路。若采用计及非周期分量的短路电流计算方法评估断路器的改造选点，为了保证电力系统安全稳定运行，需要对大量高压厂站例如500kv厂站的断路器进行升级改造，一个500kv厂站的断路器数量至少10个以上，且大容量断路器体积较大，可能存在占地不够等困难，断路器改造工程规模大、耗时长、投入高，因此，需要在保证电力系统稳定性的同时有针对性地选择部分断路器进行升级改造。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法，以解决现有技术对受端电网高压厂站的断路器进行改造缺乏针对性、工程规模大、耗时长的技术问题。
5.本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：
6.一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法，所述受端电网包括多个高压厂站，所述方法包括：
7.s1：计算各所述高压厂站的第一短路电流，根据所述第一短路电流计算各所述高压厂站对应的衰减时间，根据所述衰减时间确定各所述高压厂站中断路器的开断时间；其中，所述第一短路电流为考虑非周期分量的三相短路电流，所述衰减时间为所述第一短路电流衰减到断路器遮断电流的时间，所述断路器遮断电流为断路器开断的电流最大值；
8.s2：根据所述开断时间，校核各所述高压厂站发生交流故障时的稳定性，所述稳定性包括稳定状态和失稳状态；
9.s3：对处于失稳状态的所述高压厂站进行优化，重复执行步骤s1、s2直至处于失稳状态的所述高压厂站达到稳定状态；
10.s4：计算各所述高压厂站的第二短路电流，根据所述第二短路电流和所述断路器遮断电流确定需要进行断路器升级改造的高压厂站，所述第二短路电流为不考虑非周期分
量的三相短路电流。
11.可选地，根据所述第二短路电流和所述断路器遮断电流确定需要进行断路器升级改造的高压厂站包括：
12.依次判断各所述高压厂站的所述第二短路电流是否大于所述断路器遮断电流，若是，则需要对所述高压厂站进行断路器升级改造。
13.可选地，根据所述衰减时间确定各所述高压厂站中断路器的开断时间包括：
14.将所述高压厂站对应的衰减时间*预设系数作为所述高压厂站中断路器的开断时间。
15.可选地，所述预设系数为1.1。
16.可选地，对处于失稳状态的所述高压厂站进行优化至少包括：
17.对处于失稳状态的所述高压厂站加装动态无功补偿装置。
18.可选地，对处于失稳状态的所述高压厂站进行优化还包括：
19.对处于失稳状态的所述高压厂站增加出线。
20.可选地，所述交流故障为：
21.三相短路n-1故障和/或三相短路n-2故障。
22.可选地，校核各所述高压厂站发生交流故障时的稳定性包括：
23.采用机电暂态仿真程序对各所述高压厂站发生的交流故障进行仿真计算，根据仿真结果判断所述高压厂站发生交流故障时的稳定性；
24.当仿真结果满足预设的稳定性条件时，则所述高压厂站处于稳定状态，否则，所述高压厂站处于失稳状态。
25.可选地，所述预设的稳定性条件为：
26.电力系统安全稳定导则。
27.可选地，所述高压厂站为500kv厂站。
28.本发明提供了一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法，所述受端电网包括多个高压厂站，所述方法包括：s1：计算各所述高压厂站的第一短路电流，根据所述第一短路电流计算各所述高压厂站对应的衰减时间，根据所述衰减时间确定各所述高压厂站中断路器的开断时间；其中，所述第一短路电流为考虑非周期分量的三相短路电流，所述衰减时间为所述第一短路电流衰减到断路器遮断电流的时间，所述断路器遮断电流为断路器开断的电流最大值；s2：根据所述开断时间，校核各所述高压厂站发生交流故障时的稳定性，所述稳定性包括稳定状态和失稳状态；s3：对处于失稳状态的所述高压厂站进行优化，重复执行步骤s1、s2直至处于失稳状态的所述高压厂站达到稳定状态；s4：计算各所述高压厂站的第二短路电流，根据所述第二短路电流和所述断路器遮断电流确定需要进行断路器升级改造的高压厂站，所述第二短路电流为不考虑非周期分量的三相短路电流。
29.有鉴如此，本发明带来的有益效果是：
30.本发明计算各高压厂站考虑非周期分量的第一短路电流，并进一步得到衰减时间和断路器的开断时间；根据开断时间校核各高压厂站发生交流故障时的稳定性，对失稳状态的高压厂站进行优化直至达到稳定状态；选择不考虑非周期分量的第二短路电流大于断路器遮断电流的厂站进行断路器升级改造。本发明有针对性地选择出对电力系统稳定性影响较大的部分厂站进行断路器改造，同时能保证电力系统的安全稳定运行，降低了断路器
升级改造的规模、节省了改造工程的时间、节约了改造工程的费用，具有较高的实用价值和应用前景。
附图说明
31.图1为本发明方法的流程示意图；
32.图2为本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
33.本发明实施例提供了一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法，以解决现有技术对受端电网高压厂站的断路器进行改造缺乏针对性、工程规模大、耗时长的技术问题。
34.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.交流故障期间的短路电流中包含周期分量和非周期分量，以往方式计算中通常只考虑周期分量，而实际由于短路电流不能突变，使得叠加非周期分量后的短路电流超过了断路器的开断电流，当非周期分量随时间衰减到断路器开断电流以下时，断路器才能开断线路。若采用计及非周期分量的短路电流计算方法来评估断路器的改造选点，需要对大量断路器进行升级改造，断路器改造工程规模大、耗时长、投入高，经济性较差，因此，需要综合考虑稳定性优化断路器的改造选点。
37.经发明人研究发现，目前广东电网按计及非周期分量的短路电流计算，有将近70％的高压厂站例如500kv厂站的短路电流都超过了其断路器的开断能力，若采用计及非周期分量的短路电流计算方法来评估断路器的改造选点，则需要对这近70％厂站的断路器进行升级改造，改造工程规模大、耗时长、投入高，而实际大电网稳定裕度较高，通过评估断路器开断时间对系统稳定性的影响，有针对性地选择对稳定性影响较大的部分站点进行断路器升级改造，同时达到保证电力系统的安全稳定运行的目的。
38.需要说明的是，周期分量是短路的过渡过程结束之后，稳定的短路电流；非周期分量是过渡过程中按指数曲线衰减的分量，一般十个周波的时间衰减到零。
39.请参阅图1，以下为本发明受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法的实施例，包括：
40.s100：计算各所述高压厂站的第一短路电流，根据所述第一短路电流计算各所述高压厂站对应的衰减时间，根据所述衰减时间确定各所述高压厂站中断路器的开断时间；其中，所述第一短路电流为考虑非周期分量的三相短路电流，所述衰减时间为所述第一短路电流衰减到断路器遮断电流的时间，所述断路器遮断电流为断路器开断的电流最大值；
41.s200：根据所述开断时间，校核各所述高压厂站发生交流故障时的稳定性，所述稳
定性包括稳定状态和失稳状态；
42.s300：对处于失稳状态的所述高压厂站进行优化，重复执行步骤s1、s2直至处于失稳状态的所述高压厂站达到稳定状态；
43.s400：计算各所述高压厂站的第二短路电流，根据所述第二短路电流和所述断路器遮断电流确定需要进行断路器升级改造的高压厂站，所述第二短路电流为不考虑非周期分量的三相短路电流。
44.本实施例中，受端电网的高压厂站可以为500kv厂站，断路器遮断电流是断路器断开的电流最大值，取决于设备制造。
45.在步骤s100中，计算受端电网中各高压厂站的第一短路电流，第一短路电流为考虑非周期分量的三相短路电流，根据第一短路电流计算各高压厂站对应的衰减时间，根据衰减时间确定各高压厂站中断路器的开断时间。
46.高压厂站对应的衰减时间是指各高压厂站的第一短路电流衰减到断路器遮断电流的时间，断路器遮断电流为断路器开断的电流最大值。可以理解的是，每个高压厂站都有其对应的衰减时间，不同的高压厂站的衰减时间可以相同，也可以不同。
47.具体地，根据衰减时间确定各高压厂站中断路器的开断时间包括：将高压厂站对应的衰减时间*预设系数作为该高压厂站中断路器的开断时间；优选的实施方式，预设系数为1.1，即高压厂站中断路器的开断时间等于该高压厂站对应的衰减时间*1.1。
48.在步骤s200中，根据所述开断时间，校核各所述高压厂站发生交流故障时的稳定性，例如，模拟的交流故障为三相短路n-1故障和/或三相短路n-2故障，稳定性包括稳定状态和失稳状态。具体地，采用机电暂态仿真程序对各高压厂站发生的交流故障进行仿真计算，根据仿真结果判断高压厂站发生交流故障时的稳定性；当仿真结果满足预设的稳定性条件时，则高压厂站处于稳定状态，否则，高压厂站处于失稳状态。
49.本实施例中，预设的稳定性条件为：电力系统安全稳定导则或预设的稳定水平目标。
50.本实施例中，采用机电暂态仿真程序模拟厂站近区交流系统故障，根据电力系统安全稳定导则，判断高压厂站发生交流故障时是否稳定。对交流系统故障的模拟，包括模拟单一元件故障或者模拟组合元件故障。
51.需要说明的是，本实施例除了模拟三相短路n-1故障和/或三相短路n-2故障，还可以模拟更复杂的交流故障，这取决于期望达到的抵御交流故障的范围；一般根据电力系统安全稳定导则中关于电力系统承受大扰动能力的前两级安全稳定标准。
52.在步骤s300中，对失稳状态的所述高压厂站进行优化至少包括：对处于失稳状态的高压厂站加装动态无功补偿装置，优选的实施方式，对处于失稳状态的高压厂站加装动态无功补偿设备300mvar；还可以包括：对处于失稳状态的高压厂站增加出线。
53.在步骤s400中，根据所述第二短路电流和所述断路器遮断电流确定需要进行断路器升级改造的高压厂站包括：依次判断各所述高压厂站的所述第二短路电流是否大于所述断路器遮断电流，若是，则需要对所述高压厂站进行断路器升级改造。理论依据为电力系统安全稳定导则中短路电流安全校核的判据：母线短路电流水平不超过其断路器(开关)的遮断能力。
54.本实施例提供的受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法，计算各高压厂站
考虑非周期分量的第一短路电流，并进一步得到衰减时间和断路器的开断时间；根据开断时间校核各高压厂站发生交流故障时的稳定性，对失稳状态的高压厂站进行优化直至达到稳定状态；选择不考虑非周期分量的第二短路电流大于断路器遮断电流的厂站进行断路器升级改造，有针对性地选择出对电力系统稳定性影响较大的部分厂站进行断路器改造，同时能保证电力系统的安全稳定运行，降低了断路器升级改造的规模、节省了改造工程的时间、节约了改造工程的费用，具有较高的实用价值和应用前景。
55.请参阅图2，本发明提供的一种受端电网高压厂站断路器升级改造的选点方法的另一实施例，详细说明如下：
56.步骤1：基于电网全开机全接线运行方式，计算计及非周期分量的500kv厂站的三相短路电流，计算各厂站短路电流有效值衰减到满足断路器开断电流最大值的时间即衰减时间，并将时间乘以1.1倍得到断路器的开断时间；
57.步骤2：选择严苛运行方式和上述开断时间，校核各厂站发生交流故障的稳定水平；
58.步骤3：针对失稳的故障点，通过优化近区接线方式、加装动态无功补偿等措施，重新按步骤1计算计及非周期分量下的短路电流、开断时间，以及按步骤2计算稳定水平，直到满足电力系统安全稳定导则或既定的稳定水平目标为止；
59.步骤4：基于上述优化措施，计算不计非周期分量的短路电流，对于超过断路器遮断电流的厂站即为断路器需要改造的厂站。
60.请结合表1至表4，下面以一个具体的实例来描述本发明的过程：
61.步骤1：基于某省级电网全开机全接线运行方式，计算计及非周期分量的各500kv厂站的三相短路电流，根据各500kv厂站断路器开断的电流最大值，得到各厂站短路电流有效值衰减该值的时间，以及乘以1.1倍的时间。需要重点关注稳定性的厂站如表1所示：
62.表1
63.厂站电压等级最大开断电流衰减时间1.1
×
衰减时间厂站a500kv67ka0.23秒0.253秒厂站b500kv63ka0.35秒0.385秒厂站c500kv64ka0.40秒0.44秒
64.步骤2：由于该省级电网为多直流馈入受端电网，因此选择夏季大负荷方式作为严苛方式，根据上述1.1
×
衰减时间作为断路器开断时间，选择厂站出线三相短路n-1故障和三相短路n-2故障进行机电暂态仿真计算，仿真结果表明，上述三个厂站出线三相短路n-1故障系统均稳定运行，三相短路n-2故障，厂站a和厂站b存在电压失稳。
65.步骤3：考虑对厂站a和厂站b加装动态无功补偿设备(statcom或同步调相机)各300mvar，按步骤1重新计算计及非周期分量下的短路电流、开断时间如表2所示：
66.表2
67.厂站电压等级最大开断电流衰减时间1.1
×
衰减时间厂站a500kv67ka0.29秒0.319秒厂站b500kv63ka0.41秒0.451秒
68.选择厂站出线三相短路n-1故障和三相短路n-2故障，以1.1
×
衰减时间作为断路器开断时间，重新进行机电暂态仿真计算，仿真结果表明，上述两个厂站出线三相短路n-1
故障系统均稳定运行，三相短路n-2故障，厂站b存在电压失稳，厂站a系统稳定。
69.以此类推，对厂站b加装动态无功补偿设备300mvar，同时增加厂站b出线，按步骤1重新计算计及非周期分量下的短路电流、开断时间如表3所示：
70.表3
71.厂站电压等级最大开断电流衰减时间1.1
×
衰减时间厂站b500kv63ka0.44秒0.484秒
72.选择厂站出线三相短路n-1故障和三相短路n-2故障，以1.1
×
衰减时间作为断路器开断时间，重新进行机电暂态仿真计算，仿真结果表明，厂站b出线三相短路n-1故障、三相短路n-2故障系统均稳定运行。
73.步骤4：基于上述优化措施，计算不计非周期分量的短路电流，如表4所示：
74.表4
[0075][0076][0077]
计算结果表明，厂站b短路超过断路器遮断电流，因此，优先选择厂站b的断路器进行升级改造。
[0078]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0079]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0080]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0081]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0082]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全
部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0083]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。