一種高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性能校驗方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電容器技術領域，尤其涉及一種高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性 能校驗方法。
【背景技術】
[0002] 在電力系統(tǒng)中，電容器裝置由多個電容器單元串并聯(lián)組成，而電容器單元內(nèi)部則 由多個電容器元件串并聯(lián)組成，每一個電容器元件通過一根內(nèi)熔絲與電源進行連接。內(nèi)熔 絲是高壓電容器極間短路故障保護的主要措施之一，內(nèi)熔絲的作用是在電容器元件發(fā)生極 間短路時，利用短路放電能量熔斷內(nèi)熔絲本體，斷開短路電容器元件所在支路，將短路電容 器元件與電源隔離，使其他完好的電容器元件可以繼續(xù)運行。
[0003] 為了保證內(nèi)熔絲能夠在電容器元件極間擊穿時可靠熔斷，必須選擇合適的內(nèi)熔絲 尺寸。內(nèi)熔絲通常采用金屬銅作為主要原材料，其開斷性能主要受內(nèi)熔絲橫截面積和熔體 長度的影響。設計內(nèi)恪絲尺寸時，首先應計算電容器元件擊穿時，流過擊穿電容器元件的放 電電流，再根據(jù)放電回路參數(shù)計算注入與其串聯(lián)內(nèi)熔絲的能量，依此選擇合適的內(nèi)熔絲尺 寸。
[0004] 內(nèi)熔絲的尺寸不宜選得過大，也不宜選得過小，選得過大會造成元件擊穿時內(nèi)熔 絲不能熔斷或者不能可靠熔斷，甚至產(chǎn)生間歇性電弧，導致故障擴大；選得太小會導致內(nèi)熔 絲在正常運行或例行試驗時發(fā)生熔斷或損傷熔體，導致電容器不能正常工作。目前，電容器 單元內(nèi)熔絲尺寸主要由電容器廠家根據(jù)經(jīng)驗進行選擇，缺少精確的理論計算作為支撐，工 程中也多次出現(xiàn)過因內(nèi)熔絲配置不合理導致保護誤動或故障擴大的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中缺陷，提供一種高壓電容器單元用內(nèi)熔絲的保 護性能的校驗方法，以便于判斷高壓電容器單元選擇的內(nèi)熔絲是否合適，進一步保證高壓 電容器在發(fā)生擊穿時內(nèi)熔絲能夠可靠熔斷，保障電力系統(tǒng)正常運行。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下。
[0007] -種高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性能校驗方法，校驗按以下步驟進行：
[0008] 步驟1)建立電容器單元中某一個電容器元件擊穿時的等值電路；
[0009] 步驟2)求解該等值電路，獲得流過擊穿電容器元件支路的電流表達式；
[0010] 步驟3)根據(jù)電流表達式及內(nèi)熔絲電阻計算注入與擊穿電容器元件串聯(lián)的內(nèi)熔絲 的能量；
[0011] 步驟4)根據(jù)步驟3)的結(jié)果，結(jié)合整個電容器裝置的參數(shù)以及內(nèi)熔絲的材料和尺 寸，判斷高壓電容器單元中所使用的內(nèi)熔絲能否可靠熔斷。
[0012] 上述高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性能校驗方法，步驟1)中等值電路建立時，包 括擊穿電容器元件、與擊穿電容器元件并聯(lián)的電容器元件組、與擊穿電容器元件串聯(lián)的電 容器元件組以及與擊穿電容器元件所在電容器單元并聯(lián)的其他電容器單元。
[0013] 上述高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性能校驗方法，步驟2)中求解等值電路時采 用Laplace變換和Laplace反變換方式進行求解，并根據(jù)KVL定律計算獲得電流表達式 i (t)；
[0014] 設m、η和M分別為電容器裝置中電容器元件的并聯(lián)數(shù)、電容器單元中電容器元件 的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)的電容器單元數(shù)，中間變量為
[0016] 當b2_4ac > 0時，回路處于過阻尼狀態(tài)，電流i⑴不振蕩，電流表達式為
[0018] 當b2-4ac〈0時，回路處于欠阻尼狀態(tài)，電流i⑴衰減振蕩，電流表達式為
[0020] 式中，a = L(p+1)，b = R(p+1)，c = p/C ;
[0021] L為電容器元件的電感值；R為電容器元件的電阻值；C為電容器元件的電容值，Uc 為擊穿發(fā)生前瞬間電容器元件上的電壓；t為時間。
[0022] 上述高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性能校驗方法，步驟3)中注入內(nèi)熔絲的能量 根據(jù)下式計算：
[0024] 式中，Wc注入內(nèi)熔絲的能量，T為注入電流i⑴的持續(xù)時間。
[0025] 上述高壓電容器單元中內(nèi)熔絲保護性能校驗方法，步驟4)具體包括以下步驟：
[0026] 首先，計算單根內(nèi)恪絲恪斷所需要的能量；
[0027] 其次，根據(jù)內(nèi)熔絲熔斷能量要求，判斷高壓電容器單元中所使用的內(nèi)熔絲能否可 靠熔斷。
[0028] 由于采用了以上技術方案，本發(fā)明所取得的技術進步效果如下：
[0029] 本發(fā)明能夠準確判斷高壓電容器單元所選擇的內(nèi)熔絲能否可靠熔斷，為高壓電容 器單元選擇合適的內(nèi)熔絲提供可靠保障。本發(fā)明根據(jù)電容器元件擊穿時的實際情況建立了 等值電路并參考實際情況計算了元器件參數(shù)，采用Laplace變換及反變換計算了故障元件 流過的電流，符合實際運行情況，準確性高；并且本發(fā)明沒有對元件數(shù)量、元件組數(shù)和電容 器單元數(shù)量以及電容器等值電感、電阻和電容值進行限定，因此可應用于不同情況，適應性 強。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0031] 圖2是電容器元件擊穿時的等值電路圖；
[0032] 圖3是電容器元件擊穿時的等效電路圖；
[0033] 圖4是拉式變換后的等效電路圖；
[0034] 圖5是電容器元件擊穿時的ATP仿真模型；
[0035] 圖6是元件擊穿時放電電流解析解與數(shù)值解對比圖；
[0036] 圖7是內(nèi)熔絲斷口發(fā)生重擊穿時電容器單元的電壓和電流波形圖；
[0037] 圖8是在工頻續(xù)流下熔斷過程的電容器單元電壓和電流波形圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0039] 本發(fā)明用于對高壓電容器單元中內(nèi)熔絲的保護性能進行判定，避免因內(nèi)熔絲選擇 不合適而導致故障的擴大，具體方法包括以下步驟。
[0040] 步驟1)確定一個電容器單元中某一個電容器元件在擊穿時電容器裝置的等值電 路。
[0041] 本發(fā)明中，設定電容器裝置由M個電容器單元串并聯(lián)組成，而電容器單元內(nèi)部則 由m個并聯(lián)的電容器元件和η個串聯(lián)的電容器元件組成，每個電容器元件都串聯(lián)一根內(nèi)熔 絲。內(nèi)熔絲開斷和隔離的基本要求是：當電容器元件擊穿時，流過擊穿電容器元件內(nèi)熔絲的 放電電流應足以使內(nèi)熔絲迅速熔化并開斷，將故障元件與完好元件組有效隔離。從運行條 件考慮，這一基本要求應確保在一定的電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)：下限電壓U 1通常為電容器可能出 現(xiàn)的最低運行電壓，上限電壓1]2則對應于運行中允許承受的最大過渡過電壓。通常，對于 并聯(lián)電容器1] 1=0.91]"，1]2=2.01]";對于串聯(lián)電容器1]1=0.51]"，1] 2=2.31]"，1]"為電容器 單元的額定電壓。
[0042] 電容器單元內(nèi)某一電容器元件發(fā)生擊穿時，與擊穿電容器元件并聯(lián)的其他電容器 元件會向擊穿點放電，產(chǎn)生頻率高、幅值高、衰減快的暫態(tài)放電電流。由于元件擊穿通常發(fā) 生在電壓峰值附近，此時工頻電流正好過零，而且由于單元外電路存在電感，因此工頻電流 不會即刻注入擊穿點。
[0043] 如果暫態(tài)放電電流足夠大，使內(nèi)熔絲迅速發(fā)熱、熔化、汽化，形成高頻電流電弧，并 在極短的時間內(nèi)實現(xiàn)高頻電流過零熄弧，此時，參與放電的完好元件組上將保留有一定幅 值的殘余電壓，如不發(fā)生電弧通道重擊穿，即成功實現(xiàn)了擊穿故障元件的開斷。這種情況 下，工頻故障電流將不會影響開斷過程，整個開斷過程不會超過lms。這是符合開斷要求的 內(nèi)熔絲動作過程。
[0044] 如果暫態(tài)放電電流不足以使內(nèi)熔絲迅速熔化開斷，導致工頻電流進入內(nèi)熔絲的電 弧通道，形成工頻電弧，盡管電流不大，但燃弧時間長、電源注入的能量大，內(nèi)熔絲非常有限 的滅弧能力很難保證工頻電流在過零時一定可以熄弧開斷，電弧有可能持續(xù)燃燒數(shù)秒甚至 更久，導致故障發(fā)展擴大。此時的內(nèi)熔絲開斷性能是不符合要求的。
[0045] 電容器元件的并聯(lián)數(shù)m對故障放電電流和內(nèi)熔絲的開斷效果有很大的影響。受材 料屬性和工藝的影響，電容器元件的額定容量和電壓通常只能在很小的區(qū)間內(nèi)變化，注入 故障元件支路的能量主要由并聯(lián)元件數(shù)m決定。并聯(lián)數(shù)m過小時，放電能量小，內(nèi)熔絲