您当前的位置:五五电子网电子知识电工技术电工文摘基于EMS的断路器遮断容量实时校核 正文
基于EMS的断路器遮断容量实时校核

基于EMS的断路器遮断容量实时校核

点击数:7867 次   录入时间:03-04 11:52:37   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
引言       系统短路电流的超标是电网安全运行的严重隐患,若发生开关不能灭弧而引起爆炸,轻则会造成母线短路,重则将导致系统性事故。在目前限制短路电流的装置难以取得突破性进展的情况下,改变运行电网的结构(如电网分层分区、母线分裂运行)成为控制短路电流的唯一手段。然而,电力系统的运行方式是多变的,频繁的设备操作会改变电网的拓扑结构,系统上某些点的短路电流随时有可能超出相应开关的遮断电流,因此有必要进行实时的电网短路电流监测和断路器遮断容量校核。1 断路器遮断容量实时校核软件及其与EMS系统的关系        能量管理系统(EMS)是以讲算机为基础的现代综合电力自动化系统,主要针对发电和输电系统,用于大区级电网和省级电网调度中心,是现代电力调度不可缺少的工具,它对保证电力系统的安全、稳定、经济运行有着至关重要的意义。将短路电流计算程序与实时的E MS系统相结合是断路器遮断容量实时校核软件的核心设计思想,它使EMS能根据网络拓扑的变化,实时地计算系统中各节点和流经断路器的短路电流,并与断路器遮断容量相比较,如有越限,及时通知运行人员,以便采取措施。        由于断路器遮断容量实时校核软件是基于EMS系统平台开发的一个高级应用模块,为了能实时判断遮断容量是否越限.这个模块必须与EMS的数据库保持紧密的联系,进行有效的数据传输。笔者所提出的这种算法,就是基于EMS数据库的数据存储方式,在已经得到网络中每个动态母线的短路电流的前提下,快速准确地计算出流经各个断路器的短路电流,从而有效地进行遮断容量的实时校核。所谓动态母线,即经过网络拓扑搜索后得到的计算节点。通常,1个动态母线对应于1个厂站,但也有l个厂站对应于2个或者2个以上的动态母线的情况,如厂站内母线的分裂运行。        NA数据库(即网络分析数据库)是EMS中网络分析中各高级应用软件的公用数据库,用于保存网络静态分析用的数据,而网络分析应用软件如网络拓扑分析和断路器实时校核也以NA数据库为出发点。以上网络分析应用软件由N A数据库取得原始数据,并将计算结果送回NA数据库,彼此用NA数据库交换数据。此外,NA数据库还从SCADA数据库取得实时数据。各高级应用软件和NA数据库相互关联的这种结构为断路器遮断容量实时校核软件的实现提供了可能。
         断路器遮断容量实时校核模块和E MS教据库的关系如图1。实时校核摸块在响应触发之后,从网络数据库中读取数据,触发形式共有人工触发、定时触发和事件触发3种。  人工触发即由操作人员手动去触发程序;定时触发即将模块放入EM S的实时序列,周期性地触发程序;事件触发即根据网络中拓扑关系的变化(主要是由开关状态变化引起的)自动地触发程序,断路器遮断容量实时校核模块从网络数据库中读取的数据分为3个部分:(1)网络数据库取自SCADA数据库的实时遥信(如开关开合状态等);(2)网络数据库取自网络拓扑分析软件的计算结果(如电气岛、动态母线等有关信息);(3)存储在网络数据库中的基本数据(如各种电气设备的参数等)。模块在进行完断路器遮断容量实时校核之后,将计算结果保存到网络数据库中,同时,判断是否存在断路器越限的情况,若有则通过人机界面及时向运行人员显示告警信息。2 断路器遮断容量实时校核的实现2.1 基本原理        断路器遮断容量实时校核建立在动态母线短路电流的基础之上。当系统某处发生短路时,短路点所在的动态母线连接的断路器电流要比相邻动态母线所连接的断路器电流大得多。实际上,一般只需要校核短路点所在动态母线连接的断路器的遮断容量。对于流经每个断路器短路电流的计算,通常采用的方法就是在发生短路的动态母线内(通常是在一个厂站内)再做一次网络拓扑分析,形成正序和零序的网络来进行计算。  这种算法的缺点有2个:      (1)程序运行的速度和软件的实时性要求有偏差;      (2)动态母线内(或称为厂站内)很多支路的信息不容易获得。因此文献[2]里面提出的将断路器作为一条阻抗为零的支路来模拟,利用变结构分析计算断路器电流的方法,仅仅适用于中小电力系统及发电厂。        在网络数据库中关于断路器对象的属性中,有其两端动态母线和静态母线信息的描述。静态母线是EMS系统对于交际网络中母线的描述。EMS系统的拓扑分析模块通过搜索整个网络中厂站的连通情况以及每个厂站中各条静态母线的连通情况,得到了电气岛以及电气岛内部的各条动态母线。一般而言,一条动态母线对应于1条或多条静态母线,根据这3个对象的关系,可以把断路器分为2类。第1类断路器两端所连接的动态母线不同,显然这种断路器处在节点模型的支路之上(如线路断路器),对于这种类型的断路器遮断容量的校核,只需校核流经该条支路的短路电流即可。第2类断路器两端所连接的动态母线相同,显然这种断路器处在动态母线内部的各静态母线之问(如母联断路器),对于这种类型的断路器,只需要计算各静态母线的注入电流即可。对于EMS系统而言,这种划分是完全的、不会有所遗漏。这种划分的最大优点就是避免了文献[1]中由于拓扑分析带来的在时间上和存储空间上的巨大消耗,显著地提高了程序运行速度。2.2 典型算例        图2为一典型的220 k V厂站的主接线图,接线果用双母双分段的形式,这是一种最复杂的接线方式。假设在正母I段S l l发生短路。首先,EMS系统的拓扑分析模块开始搜索网络的开关信息,显然图l中的母联断路器QF4l、QF42和分段断路器QF3l、QF32都处在闭合的状态,经过拓扑分析之后,将这4条静态母线归结为1个动态母线,即归结为网络节点模型中的1个计算节点。根据断路器和动态母线的相对应关系.我们可以把断路器分为2类,第1类断路器有线路断路器QFll,QFl2,、QF13,QFl4和变压器断路器QF21,QF22;第2类断路器有分段断路器QF31, QF32和母联断路器QF41,QF42,对于第1类断路器,因为它们的动态母线不同,即处在网络节点模型的支路上。假设线路断路器QFll所连接的动态母线号分别为i和j,其所处线路的阻抗值为Zij,那么流经断路器QF11的电流IQF11=(Vi-Vj)/Zij。同理,可以计算出线路断路器QF12, QF l3, QF14。对于变压器断路器.处理方式与线路断路器相同。由于第2类断路器的计算与静态母线有关,因此必须先计算每个静态母线的注入电流,由于第1类断路器是连接在不同的动态母线之间,因此在目标动态母线、即当前研究的动态母线)中只有l条静态母线与之对应。根据这条对应法则,我们可计算出每条静态母线的注入电流,如在图2中正母I段S11的注入电流Is11=IQF11+IQF21,同理可以得到其它几条静态母线的注入电流值。在忽略母线阻抗和将各断路器支路阻抗值看作相同的前提下,我们可以得到流经各个二类断路器的电流值,如IQF41=(Is12+2Is22+3Is21)/4,同理也可以得到流经其它几个断路器的电流。2.3 直流分量的处理        ANSI IEC和国际《交流高压断路器参数选择导则》(DL/6l5T615-l997)都认为断路器所能遮断的电流包括交流和直流2个分量。在处理直流分量时,3种标准都考虑了直流分量的衰减。        综合上述3种标准,我们认为总的不对称短路电流不超过遮断容量。根据直流分量所占的百分比,可以得到不对称电流为: 其中,IAC为断路器触头分开时对称短路电流的峰值。        对于直流分量百分比的取值,由时间r决定。DL/T6l5-1997标准规定,从系统出现短路时算起,直到断路器断口分离时的总时间为τ,τ的数值等于断路器的分闸时间加10ms。这里的分闸时间指可能的最短时问,即其范围的下限。τ和直流分量百分比的关系如图3。DL/T615-l997标准中还规定,系统短路电流中的直流衰减常数为45ms,若需要更长的时间,则推荐用60ms。 3 结束语        在软件的设计过程中.节点优化编号以及稀疏矩阵十字链表法存储等技巧的使用提高了程序的运行速度。在试运行阶段,对于浙江电网300多个节点的网络,程序执行时间不超过30s。此外,本软件对于流经断路器短路电流的计算,根据数据库的信息存储形式,还提出了一种行之有效的方法。

本文关键字:断路器  电工文摘电工技术 - 电工文摘