一种真空断路器合闸速度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种真空断路器合闸速度优化方法，在合闸速度范围内选取若干合闸速度，根据预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下真空断路器的预击穿电弧时间区间，根据触头弹跳恢复系数，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下真空断路器的弹跳电弧时间区间；根据预击穿电弧时间区间和弹跳电弧时间区间，计算每个合闸速度对应所有合闸相角下真空断路器的合闸电弧总能量；将合闸电弧总能量累加，得到每个合闸速度下真空断路器的合闸电弧总能量期望值；采用智能优化算法反复迭代执行，找到合闸电弧总能量期望值最小时对应的合闸速度。速度。速度。

【技术实现步骤摘要】
一种真空断路器合闸速度优化方法


[0001]本专利技术属于断路器
，具体涉及一种真空断路器合闸速度优化方法。

技术介绍

[0002]真空断路器具有绿色环保、寿命高、设备维护成本低等优点，在“双碳目标”的加持下，真空断路器广泛应用于中低压电力系统中，并不断向着高电压等级发展。在真空断路器的产品设计之初，带电合闸过程中的触头动熔焊是个重要问题。
[0003]已有研究表明，真空断路器合闸过程中预击穿和触头弹跳是造成触头动熔焊最主要的原因。在真空断路器带电合闸过程中，会先后产生预击穿电弧及弹跳期间的持续燃弧，这两种电弧都会对触头表面加热，一旦其总能量过大会导致触头表面熔化甚至使动静触头焊接在一起无法分开，这不仅会大大降低真空灭弧室的电寿命，还会严重影响故障电弧的开断，以至于危害整个电力系统的安全与稳定。
[0004]目前，对于降低真空断路器合闸触头动熔焊的方法研究的很少，也有相关方法是使预击穿电弧时间与弹跳燃弧时间之和最短来获取最优合闸速度的。但是此方法目前还存在缺陷，因为其并没有考虑到电弧电流的时变性，即预击穿电弧时间与弹跳燃弧时间之和最短并不意味着合闸电弧总能量越小。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种真空断路器合闸速度优化方法，能够快速准确找到最优合闸速度，使两种电弧能量总和降为最小，且适用性广泛，针对应用于不同工况下，如交直流、低中高压电力系统以及不同机械参数的真空断路器均可得到推广使用。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种真空断路器合闸速度优化方法，包括：
[0008](1)获取真空断路器的合闸速度范围、预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系、触头弹跳恢复系数和多个不同合闸相角；
[0009](2)在所述合闸速度范围内选取若干合闸速度，根据所述预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间，根据所述触头弹跳恢复系数，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间；
[0010](3)根据所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间和所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间，计算每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的合闸电弧总能量；
[0011](4)将所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的合闸电弧总能量累加，得到每个合闸速度下所述真空断路器的合闸电弧总能量期望值；
[0012](5)采用智能优化算法反复迭代执行步骤(2)至步骤(4)至设定次数，找到所述合
闸电弧总能量期望值最小时对应的合闸速度，所述合闸电弧总能量期望值最小时对应的合闸速度为所述真空断路器的最优合闸速度。
[0013]进一步地，所述根据所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间和所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间，计算每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的合闸电弧总能量，计算公式为：
[0014][0015]式中，W
a
为合闸电弧总能量；W
y
为预击穿电弧能量；W
t
为弹跳电弧能量；t
y
为预击穿电弧时间区间；t
t
为弹跳电弧时间区间；U
a
为电弧电压；i
a
为短路电弧电流。
[0016]进一步地，所述真空断路器的预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系的确定方法，包括：
[0017]获取不同预击穿电压对应的预击穿间隙距离；
[0018]根据所述不同预击穿电压对应的预击穿间隙距离进行拟合，得到真空断路器的预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系。
[0019]进一步地，所述根据所述预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间，包括：
[0020]分别计算每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间，计算公式为：
[0021][0022]式中，U
d
为真空断路器断口承受电压；U
m
为真空断路器断口承受电压幅值；f为频率；U
y
为真空断路器断口绝缘强度，U
y
＝g(d)为真空断路器的预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系；d为真空断路器触头间隙距离；d0为真空断路器在U
d
下最大预击穿间隙距离；t0为不同合闸相角对应的时间；
[0023]由|U
d
|≥U
y
计算出预击穿电弧时间区间，结合下式对预击穿时间区间进行修正，得到每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间；
[0024][0025]式中，I为短路电流周期分量有效值；ψ为短路发生瞬间电源电压的相位角；为电流滞后于电压的相位角，τ为直流分量的衰减时间常数，
[0026]预击穿时间区间的修正方法包括：
[0027]判断预击穿时间区间为一段还是多段；
[0028]若预击穿时间区间为一段[t
y1
，t
y2
]，则不需要修正，区间[t
y1
，t
y2
]就是每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间；
[0029]若预击穿时间区间为多段[t
y1
，t
y2
]U[t
y3
，t
y4
]，则首先需要对i
d
(t)进行求解，若在[t
y2
，t
y3
]区间内恒有i
d
(t)≠0，则将预击穿时间区间第一段的起始时间作为起始时间，将预击穿时间区间最后一段的截止时间作为截止时间，即修正之后得到的每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间为[t
y1
，t
y4
]；若在[t
y2
，t
y3
]区间内存在时刻t
y5
使i
d
(t)＝0，则将此短路电流零点时刻作为此预击穿时间区间前一段区间的终止时刻，即修正之后得到的每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间为[t
y1
，t
y5
]U[t
y3
，t
y4
]。
[0030]进一步地，所述根据所述触头弹跳恢复系数，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间，包括：
[0031]分别计算每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间，具体计算方法为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空断路器合闸速度优化方法，其特征在于，包括：(1)获取真空断路器的合闸速度范围、预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系、触头弹跳恢复系数和多个不同合闸相角；(2)在所述合闸速度范围内选取若干合闸速度，根据所述预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间，根据所述触头弹跳恢复系数，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间；(3)根据所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间和所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间，计算每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的合闸电弧总能量；(4)将所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的合闸电弧总能量累加，得到每个合闸速度下所述真空断路器的合闸电弧总能量期望值；(5)采用智能优化算法反复迭代执行步骤(2)至步骤(4)至设定次数，找到所述合闸电弧总能量期望值最小时对应的合闸速度，所述合闸电弧总能量期望值最小时对应的合闸速度为所述真空断路器的最优合闸速度。2.根据权利要求1所述的一种真空断路器合闸速度优化方法，其特征在于，所述根据所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间和所述每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的弹跳电弧时间区间，计算每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的合闸电弧总能量，计算公式为：式中，W
a
为合闸电弧总能量；W
y
为预击穿电弧能量；W
t
为弹跳电弧能量；t
y
为预击穿电弧时间区间；t
t
为弹跳电弧时间区间；U
a
为电弧电压；i
a
为短路电弧电流。3.根据权利要求1所述的一种真空断路器合闸速度优化方法，其特征在于，所述真空断路器的预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系的确定方法，包括：获取不同预击穿电压对应的预击穿间隙距离；根据所述不同预击穿电压对应的预击穿间隙距离进行拟合，得到真空断路器的预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系。4.根据权利要求1所述的一种真空断路器合闸速度优化方法，其特征在于，所述根据所述预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系，计算选取的每个合闸速度对应所有合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间，包括：分别计算每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间，计算公式为：
式中，U
d
为真空断路器断口承受电压；U
m
为真空断路器断口承受电压幅值；f为频率；U
y
为真空断路器断口绝缘强度，U
y
＝g(d)为真空断路器的预击穿间隙距离与预击穿电压之间的关系；d为真空断路器触头间隙距离；d0为真空断路器在U
d
下最大预击穿间隙距离；t0为不同合闸相角对应的时间；由|U
d
|≥U
y
计算出预击穿电弧时间区间，结合下式对预击穿时间区间进行修正，得到每个合闸速度对应一个合闸相角下所述真空断路器的预击穿电弧时间区间；式中，I为短路电流周期分量有效值；ψ为短路发生瞬间电源电压的相位角；为电流滞后于电压的相位角，τ...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾申利，樊荣，莫永鹏，史宗谦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：