[發明專利]限制電力系統短路電流直流分量的快速開關裝置及限流方法

有效

• 申請號: 202110294408.4
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113176470B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 馬飛越;相中華;姚曉飛;倪輝;牛勃;朱洪波;陳興貴;劉志遠;丁培;孫尚鵬;陳磊;項彬;劉威峰;伍弘;魏瑩
• 申請（專利權）人: 國網寧夏電力有限公司電力科學研究院;國網寧夏電力有限公司;西安交通大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R31/52
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 曹廣濤

本發明公開了一種限制電力系統短路電流直流分量的快速開關裝置包括快速真空斷路器、補償電容、避雷器，所述快速真空斷路器、補償電容、避雷器并聯連接。該裝置可以解決電力系統在非對稱短路電流發生短路故障時呈現高直流分量、直流分量衰減較慢的問題。電力系統正常運行時，快速真空斷路器閉合，補償電容和避雷器被短路；在檢測到非對稱短路電流發生時，在系統回路中快速投入補償電容和避雷器，補償電容可以降低X/R的比值，從而降低系統中短路電流的直流分量，使在運高壓斷路器順利開斷非對稱短路故障，降低非對稱短路故障對電網安全穩定運行帶來的危害，避雷器可以保護補償電容，避免短路電流對補償電容造成損壞。

技術領域

本發明涉及輸變電裝備技術領域，尤其涉及一種限制電力系統短路電流直流分量的快速開關裝置及限流方法。

背景技術

隨著電力系統的發展電網規模的不斷擴大，電源間的聯系越來越緊密，電源及負荷密集區域短路電流超標問題凸顯。電力系統短路電流超標，不僅體現在其預期短路電流超斷路器額定短路開斷電流水平，同時體現在短路電流直流分量超斷路器額定非對稱短路開斷電流的直流分量百分比。系統容量的增大和負荷X/R比值的增大，造成系統短路故障呈現大短路電流、高直流分量的特征，顯著影響在運高壓斷路器的開斷性能，嚴重威脅電網的安全穩定運行，是制約當代電網快速發展無法回避的重大技術和經濟問題。

目前全國多地區各級電網都面臨上述短路電流超標的問題。如寧夏電網、新疆電網、江西電網、上海電網、廣州電網等220kV及以上系統出現的短路電流，有效值甚至超79kA，直流分量衰減時間常數甚至超150ms。然而，現有系統在運的252kV及以上高壓斷路器最大短路開斷電流為63kA，現行國家標準GB/T1984-2014，有關此類高壓斷路器的非對稱短路電流開斷性能試驗驗證，最高短路電流直流分量的衰減時間常數為120ms。

目前，在運高壓斷路器非對稱短路電流開斷性能的評估缺乏科學的依據。220kV及以上輸電系統在運高壓斷路器的選型、維護和性能評估，仍主要關注斷路器額定電氣參量和機械特性參量。在電網運行過程中，短路故障電流較高的衰減時間常數，導致斷路器開斷時刻，直流分量百分數往往高于其額定非對稱短路開斷電流直流分量百分數，造成斷路器開斷失敗隱患凸顯。現階段，高壓斷路器非對稱短路電流直流分量對其開斷性能影響機制的研究仍十分匱乏，在運高壓斷路器開斷性能的評估缺乏科學的依據。

現階段，仍缺乏兼備經濟與可靠的短路電流超標治理措施。在運高壓斷路器開斷性能，逐漸難以滿足大短路電流高直流分量開斷工況需求，導致各級電網被迫采用短路電流超標治理措施，主要包括：電網分區運行、主變分裂運行、線路加裝串抗、延長輸電線路等。電網解環分區運行和主變母線分裂運行，可顯著降低短路電流水平和直流分量水平，然而系統運行的可靠性易受威脅；線路加裝串抗和延長輸電線路，同樣可顯著限制系統短路電流，然而需追加高額設備投資。

總的來說，系統容量的增大和負荷X/R比值的增大，造成系統短路故障呈現大短路電流、高直流分量的特征，顯著影響在運高壓斷路器的開斷性能，嚴重威脅電網的安全穩定運行。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種限制電力系統短路電流直流分量的快速開關裝置。

還有必要提供一種限制電力系統短路電流直流分量的限流方法。

一種限制電力系統短路電流直流分量的快速開關裝置包括快速真空斷路器、補償電容、避雷器，所述快速真空斷路器、補償電容、避雷器并聯連接。

優選的，所述補償電容為具有抗短路電流沖擊的電力電容器。

優選的，所述補償電容的容抗通過以下公式確定：