一种高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法技术

一种高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，具体步骤为：建立电容器单元中某一个电容器元件击穿时的等值电路；求解该等值电路，获得流过击穿电容器元件支路的电流表达式；根据电流表达式及内熔丝电阻计算注入与击穿电容器元件串联的内熔丝的能量；结合整个电容器装置的参数以及内熔丝的材料和尺寸，判断高压电容器单元中所使用的内熔丝能否可靠熔断。本发明专利技术能够准确判断高压电容器单元所选择的内熔丝能否可靠熔断，为高压电容器单元选择合适的内熔丝提供可靠保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电容器
，尤其涉及一种高压电容器单元中内熔丝保护性 能校验方法。
技术介绍
在电力系统中，电容器装置由多个电容器单元串并联组成，而电容器单元内部则 由多个电容器元件串并联组成，每一个电容器元件通过一根内熔丝与电源进行连接。内熔 丝是高压电容器极间短路故障保护的主要措施之一，内熔丝的作用是在电容器元件发生极 间短路时，利用短路放电能量熔断内熔丝本体，断开短路电容器元件所在支路，将短路电容 器元件与电源隔离，使其他完好的电容器元件可以继续运行。 为了保证内熔丝能够在电容器元件极间击穿时可靠熔断，必须选择合适的内熔丝 尺寸。内熔丝通常采用金属铜作为主要原材料，其开断性能主要受内熔丝横截面积和熔体 长度的影响。设计内恪丝尺寸时，首先应计算电容器元件击穿时，流过击穿电容器元件的放 电电流，再根据放电回路参数计算注入与其串联内熔丝的能量，依此选择合适的内熔丝尺 寸。 内熔丝的尺寸不宜选得过大，也不宜选得过小，选得过大会造成元件击穿时内熔 丝不能熔断或者不能可靠熔断，甚至产生间歇性电弧，导致故障扩大；选得太小会导致内熔 丝在正常运行或例行试验时发生熔断或损伤熔体，导致电容器不能正常工作。目前，电容器 单元内熔丝尺寸主要由电容器厂家根据经验进行选择，缺少精确的理论计算作为支撑，工 程中也多次出现过因内熔丝配置不合理导致保护误动或故障扩大的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中缺陷，提供一种高压电容器单元用内熔丝的保 护性能的校验方法，以便于判断高压电容器单元选择的内熔丝是否合适，进一步保证高压 电容器在发生击穿时内熔丝能够可靠熔断，保障电力系统正常运行。 为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。 -种高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，校验按以下步骤进行： 步骤1)建立电容器单元中某一个电容器元件击穿时的等值电路； 步骤2)求解该等值电路，获得流过击穿电容器元件支路的电流表达式； 步骤3)根据电流表达式及内熔丝电阻计算注入与击穿电容器元件串联的内熔丝 的能量； 步骤4)根据步骤3)的结果，结合整个电容器装置的参数以及内熔丝的材料和尺 寸，判断高压电容器单元中所使用的内熔丝能否可靠熔断。 上述高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，步骤1)中等值电路建立时，包 括击穿电容器元件、与击穿电容器元件并联的电容器元件组、与击穿电容器元件串联的电 容器元件组以及与击穿电容器元件所在电容器单元并联的其他电容器单元。 上述高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，步骤2)中求解等值电路时采 用Laplace变换和Laplace反变换方式进行求解，并根据KVL定律计算获得电流表达式 i (t)； 设m、η和M分别为电容器装置中电容器元件的并联数、电容器单元中电容器元件 的串联数和并联的电容器单元数，中间变量为 当b2_4ac > 0时，回路处于过阻尼状态，电流i⑴不振荡，电流表达式为 当b2-4ac〈0时，回路处于欠阻尼状态，电流i⑴衰减振荡，电流表达式为 式中，a = L(p+1)，b = R(p+1)，c = p/C ; L为电容器元件的电感值；R为电容器元件的电阻值；C为电容器元件的电容值，Uc 为击穿发生前瞬间电容器元件上的电压；t为时间。 上述高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，步骤3)中注入内熔丝的能量 根据下式计算： 式中，Wc注入内熔丝的能量，T为注入电流i⑴的持续时间。 上述高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，步骤4)具体包括以下步骤： 首先，计算单根内恪丝恪断所需要的能量； 其次，根据内熔丝熔断能量要求，判断高压电容器单元中所使用的内熔丝能否可 靠熔断。 由于采用了以上技术方案，本专利技术所取得的技术进步效果如下： 本专利技术能够准确判断高压电容器单元所选择的内熔丝能否可靠熔断，为高压电容 器单元选择合适的内熔丝提供可靠保障。本专利技术根据电容器元件击穿时的实际情况建立了 等值电路并参考实际情况计算了元器件参数，采用Laplace变换及反变换计算了故障元件 流过的电流，符合实际运行情况，准确性高；并且本专利技术没有对元件数量、元件组数和电容 器单元数量以及电容器等值电感、电阻和电容值进行限定，因此可应用于不同情况，适应性 强。【附图说明】 图1是本专利技术的流程图； 图2是电容器元件击穿时的等值电路图； 图3是电容器元件击穿时的等效电路图； 图4是拉式变换后的等效电路图； 图5是电容器元件击穿时的ATP仿真模型； 图6是元件击穿时放电电流解析解与数值解对比图； 图7是内熔丝断口发生重击穿时电容器单元的电压和电流波形图； 图8是在工频续流下熔断过程的电容器单元电压和电流波形图。【具体实施方式】 下面将结合附图和具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。 本专利技术用于对高压电容器单元中内熔丝的保护性能进行判定，避免因内熔丝选择 不合适而导致故障的扩大，具体方法包括以下步骤。 步骤1)确定一个电容器单元中某一个电容器元件在击穿时电容器装置的等值电 路。 本专利技术中，设定电容器装置由M个电容器单元串并联组成，而电容器单元内部则 由m个并联的电容器元件和η个串联的电容器元件组成，每个电容器元件都串联一根内熔 丝。内熔丝开断和隔离的基本要求是：当电容器元件击穿时，流过击穿电容器元件内熔丝的 放电电流应足以使内熔丝迅速熔化并开断，将故障元件与完好元件组有效隔离。从运行条 件考虑，这一基本要求应确保在一定的电压范围内实现：下限电压U 1通常为电容器可能出 现的最低运行电压，上限电压1]2则对应于运行中允许承受的最大过渡过电压。通常，对于 并联电容器1] 1=0.91]"，1]2=2.01]";对于串联电容器1]1=0.51]"，1] 2=2.31]"，1]"为电容器 单元的额定电压。 电容器单元内某一电容器元件发生击穿时，与击穿电容器元件并联的其他电容器 元件会向击穿点放电，产生频率高、幅值高、衰减快的暂态放电电流。由于元件击穿通常发 生在电压峰值附近，此时工频电流正好过零，而且由于单元外电路存在电感，因此工频电流 不会即刻注入击穿点。 如果暂态放电电流足够大，使内熔丝迅速发热、熔化、汽化，形成高频电流电弧，并 在极短的时间内实现高频电流过零熄弧，此时，参与放电的完好元件组上将保留有一定幅 值的残余电压，如不发生电弧通道重击穿，即成功实现了击穿故障元件的开断。这种情况 下，工频故障电流将不会影响开断过程，整个开断过程不会超过lms。这是符合开断要求的 内熔丝动作过程。 如果暂态放电电流不足以使内熔丝迅速熔化开断，导致工频电流进入内熔丝的电 弧通道，形成工频电弧，尽管电流不大，但燃弧时间长、电源注入的能量大，内熔丝非常有限 的灭弧能力很难保证工频电流在过零时一定可以熄弧开断，电弧有可能持续燃烧数秒甚至 更久，导致故障发展扩大。此时的内熔丝开断性能是不符合要求的。 电容器元件的并联数m对故障放电电流和内熔丝的开断效果有很大的影响。受材 料属性和工艺的影响，电容器元件的额定容量和电压通常只能在很小的区间内变化，注入 故障元件支路的能量主要由并联元件数m决定。并联数m过小时，放电能量小，内熔丝当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电容器单元中内熔丝保护性能校验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1)建立电容器单元中某一个电容器元件击穿时的等值电路；步骤2)求解该等值电路，获得流过击穿电容器元件支路的电流表达式；步骤3)根据电流表达式及内熔丝电阻计算注入与击穿电容器元件串联的内熔丝的能量；步骤4)根据步骤3)的结果，结合整个电容器装置的参数以及内熔丝的材料和尺寸，判断高压电容器单元中所使用的内熔丝能否可靠熔断。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王子建，徐志钮，华征，侯智剑，戚岭娜，徐梦蕾，王召盟，王荀，张一杰，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13