变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置及方法
【专利摘要】本发明一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置及方法，属于输变电设备中关于全封闭气体绝缘组合电器设计研发的【技术领域】，本发明直接测量GIS母线电流值和频率值作为输入量，并最终利用传感器、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块实现GIS系统环流的抑制作用，减小了GIS环流所带来的能量损耗，提高了变电站的安全性能，以采集量生成的时间序列作为预测模型的输入，建立基于场路耦合的GIS系统数学模型来描述环流的产生和传播过程，具有输入量提取简单、精确高、准确度好、抑制效果明显的特点。
【专利说明】变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于输变电设备中关于全封闭气体绝缘组合电器设计研发的【技术领域】，具体涉及一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置及方法。
【背景技术】
[0002]全封闭气体绝缘组合电器(GIS)是电力系统中极其重要的组合开关设备，其运行好坏直接关乎整个系统的稳定性、可靠性；运行情况表明，接地网、外壳环流值与母线负荷电流值基本上为同一数量级，在产生环流损耗的同时也会发生损耗发热现象，加速绝缘部分老化，在故障状态下由壳体与地网环流产生的暂态地电位升(TGPR)会引发安全隐患。因此，有必在要准确计算GIS/HGIS壳体环流和地网环流基础上，采取有效的措施来限制GIS系统环流。
[0003]电力系统不断向高电压、远距离、大容量方向发展，在提高经济性的同时，安全可靠的问题也突出起来；定量评定电力设备经济损耗和改善电力系统的可靠性越来越受到人们的重视。以往的壳体环流计算方法主要是基于电路的思想进行分析计算，没有考虑母线、壳体、接地网之间的电磁场作用，并不能全面准确计算地计算壳体环流值及其损耗。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本发明一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置及方法，以达到降低能量损耗、提高安全性能、简化提取措施、提高精确度和增强抑制效果的目的。
[0005]一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，包括开关断路器、电容器、垂直接地极、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯装置，其中，开关断路器的一端接入全封闭气体绝缘组合电器的接地网，开关断路器的另一端连接电容器的一端，电容器的另一端连接垂直接地极的一端，垂直接地极的另一端接地；数据采集模块的输入端连接全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器的输出端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的一路输出端连接工控机的输入端，工控机的输出端连接开关断路器的输入端，中央处理器的另一路输出端连接无线通讯装置的输入端。
[0006]所述的开关断路器的个数、电容器的个数和垂直接地极的个数均为多个。
[0007]采用变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置进行抑制的方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1、采用数据采集模块对全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器发送的三相母线电流值和频率值进行模数转换；
[0009]步骤2、结合采集的三相母线电流值和频率值对变电站全封闭气体绝缘组合电器内部接地网的环流值进行预测，具体步骤如下:
[0010]步骤2-1、根据被测全封闭气体绝缘组合电器确定角频率及其内部三相母线的电阻值、电感值和电容值，进而获得每个母线的阻抗值；[0011]步骤2-2、结合全封闭气体绝缘组合电器内部三相壳体之间的互感值和壳体的等效自感值，获得每个壳体的电感值，并根据壳体的电阻值和角频率，获得每个壳体的阻抗值；
[0012]步骤2-3、根据被测全封闭气体绝缘组合电器内部短接线的长度、宽度和厚度，获得短接线的电感值和电阻值，并结合角频率进而确定短接线的阻抗值；
[0013]步骤2-4、根据被测全封闭气体绝缘组合电器内部接地线的长度、宽度和厚度，获得接地线的电感值和电阻值，并结合角频率进而确定接地线的阻抗值；
[0014]步骤2-5、随机选择任一相母线和任一相壳体，根据所选母线与壳体之间的距离、壳体长度、壳体高度和壳体的半径确定所选母线与所选壳体之间的互感值；
[0015]步骤2-6、反复执行步骤2-5，直至获得每一相壳体分别对于三相母线的互感值，通过求和获得每一个壳体对于母线的互感值，结合角频率进一步获得三相壳体与三相母线之间的互阻抗值；
[0016]步骤2-7、根据全封闭气体绝缘组合电器接地网埋地深度、接地体长度、接地体的电阻率、接地网导体截面积和土壤电阻率，确定接地网等效电路中的电导值、电感值、电容值和电阻值，并结合角频率进一步确定接地网的阻抗值；
[0017]步骤2-8、根据母线电流、三相壳体与三相母线之间的互阻抗值和母线阻抗，确定三相壳体的环流值；
[0018]步骤2-9、根据母线电流、三相壳体与三相母线之间的互阻抗值、接地网阻抗值确定接地网整体环流值，并根据被测全封闭气体绝缘组合电器接地网中由接地体构成的接地回路个数，建立回路电流关系，确定每个回路中的环流值；
[0019]步骤3、判断获得的接地网中由接地体构成的接地回路中环流值预测结果是否在用户设定的范围内，若是，则执行步骤4;否则，将不再范围内的环流值所在回路位置通过无线通讯装置发送至远方调度终端，以便维修人员进行检修。
[0020]步骤4、确定出该全封闭气体绝缘组合电器接地网中环流集中回路位置，并将环流集中回路位置信号发送给工控机，通过工控机发送控制信号闭合位于该回路下的开关断路器，接入电容器，抑制环流值。
[0021]步骤2-1所述的获得每个母线的阻抗值ZM，公式如下:
[0022]
【权利要求】
1.一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，其特征在于:包括开关断路器、电容器、垂直接地极、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯装置，其中，开关断路器的一端接入全封闭气体绝缘组合电器的接地网，开关断路器的另一端连接电容器的一端，电容器的另一端连接垂直接地极的一端，垂直接地极的另一端接地；数据采集模块的输入端连接全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器的输出端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的一路输出端连接工控机的输入端，工控机的输出端连接开关断路器的输入端，中央处理器的另一路输出端连接无线通讯装置的输入端。
2.根据权利要求1所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，其特征在于:所述的开关断路器的个数、电容器的个数和垂直接地极的个数均为多个。
3.采用权利要求1所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置进行的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤1、采用数据采集模块对全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器发送的三相母线电流值和频率值进行模数转换；步骤2、结合采集的三相母线电流值和频率值对变电站全封闭气体绝缘组合电器内部接地网的环流值进行预测，具体步骤如下:步骤2-1、根据被测全封闭气体绝缘组合电器确定角频率及其内部三相母线的电阻值、电感值和电容值，进而获得每个母线的阻抗值；步骤2-2、结合全封闭气体绝缘组合电器内部三相壳体之间的互感值和壳体的等效自感值，获得每个壳体的电感值，并根据壳体的电阻值和角频率，获得每个壳体的阻抗值；步骤2-3、根据被测全封闭气体绝缘组合电器内部短接线的长度、宽度和厚度，获得短接线的电感值和电阻值，并结合角频率进而确定短接线的阻抗值；步骤2-4、 根据被测全封闭气体绝缘组合电器内部接地线的长度、宽度和厚度，获得接地线的电感值和电阻值，并结合角频率进而确定接地线的阻抗值；步骤2-5、随机选择任一相母线和任一相壳体，根据所选母线与壳体之间的距离、壳体长度、壳体高度和壳体的半径确定所选母线与所选壳体之间的互感值；步骤2-6、反复执行步骤2-5，直至获得每一相壳体分别对于三相母线的互感值，通过求和获得每一个壳体对于母线的互感值，结合角频率进一步获得三相壳体与三相母线之间的互阻抗值；步骤2-7、根据全封闭气体绝缘组合电器接地网埋地深度、接地体长度、接地体的电阻率、接地网导体截面积和土壤电阻率,确定接地网等效电路中的电导值、电感值、电容值和电阻值，并结合角频率进一步确定接地网的阻抗值；步骤2-8、根据母线电流、三相壳体与三相母线之间的互阻抗值和母线阻抗，确定三相壳体的环流值；步骤2-9、根据母线电流、三相壳体与三相母线之间的互阻抗值、接地网阻抗值确定接地网整体环流值，并根据被测全封闭气体绝缘组合电器接地网中由接地体构成的接地回路个数，建立回路电流关系，确定每个回路中的环流值；步骤3、判断获得的接地网中由接地体构成的接地回路中环流值预测结果是否在用户设定的范围内，若是，则执行步骤4;否则，将不再范围内的环流值所在回路位置通过无线通讯装置发送至远方调度终端，以便维修人员进行检修。步骤4、确定出该全封闭气体绝缘组合电器接地网中环流集中回路位置，并将环流集中回路位置信号发送给工控机，通过工控机发送控制信号闭合位于该回路下的开关断路器，接入电容器，抑制环流值。
4.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-1所述的获得每个母线的阻抗值ZM，公式如下:
5.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-2获得每个壳体的阻抗值，公式如下:
6.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-5所述的确定所选母线与所选壳体之间的互感值，具体如下:当选择第一相壳体和第一相母线时，公式如下:
7.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-6所述的获得三相壳体与三相母线之间的互阻抗值，公式如下:
8.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-7所述的确定接地网的阻抗值Zw，公式如下:
9.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-8确定三相壳体的环流值，公式如下:lk = Ι'ΛΖμ~ΖΙι) + Ι^(Ο)其中，Ik为壳体环流值，Im为母线电流，zh为壳体与母线间的阻抗，ΖΜ为母线等效阻抗。
10.根据权利要求3所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制方法，其特征在于，步骤2-9确定接地网环流值Iw.公式如下:
【文档编号】H02J13/00GK103715765SQ201310578812
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月16日 优先权日:2013年11月16日
【发明者】林莘, 王飞鸣, 吴冠男, 曹辰, 王亮 申请人:沈阳工业大学