（电机与电器专业论文）智能同步真空断路器测控系统的研究.pdf

号零点预测方法，并给出了完整的同步控制解决方案。 3 、给出了在智能同步断路器上实现系统电参数采样及计辫的方法。掇 漱了一静基予正交滤波爨予的快速滤波簿法，该算法首先快速计冀出信号中 酌衰减壹滚分量，再通道两次全嗣博立时算法就哥计算出信号中熬基波稻各 种谐波分量，这种算法不增加数据窗的长度，算法的精度和快速性都较好。 在算出信号中的各谐波分量后，即可实现对信号过零点时刻的预测。 4 、霜m a t l a b 仿葵软 孛对妻室骥夔器关合空浚变压器黪鬈态过程遘行 了仿真，并利用m a t l a b 人工神经网络工具箱建立了合闸时间预测的数学 模型。对于所提算法也邀行了m a t l a b 仿真，验证了该算法的有效性。 本文掇蜒瓣永磁枫构餐髓同步瞬黠器控制方法，采用实时幢较好的信号 提取算法，将d s p 和入工神经潮络穗结合，对供魄赝量的改善幂珏实现配遣阚 的综合自动化具有较好的蕊实意义。 关键词：真空断路器，永磁机构，操作过电羼，同步操作，人工神经 潮络，滤波簿子 i a s t u d yo nm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo f i n t e l l i g e n ts y n c h r o n o u sv a c u u mc i r c u i tb r e a k e r m a j o r i ne l e c t r i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：j n y ux i n ga d v i s o r ：n i a nl i u a so n eo ft h ei m p o r t a n te l e c t r i c a le q u i p m e n t ，t h ec i r c u i tb r e a k e rc o n t r o l s ， a d j u s t sa n dp r o t e c t sp o w e rs y s t e m t h er e l i a b i l i t ya n di n t e l l i g e n c ed e g r e eo f c i r c u i tb r e a k e rg r e a t l yi n f l u e n c et h es t a b i l i z a t i o na n da u t o m a t i o nd e g r e eo f p o w e r s y s t e m w i t ht h ec o n t i n u o u se x p a n d i n go fp o w e rg r i d ，c o n s u m e r sd e m a n dh i g h e r p o w e rq u a l i t ya n dd e p e n d a b i l i t y t h eh i g hq u a l i t yo fp o w e ri si n d i c a t e db yt h e s t a b i l i t yo fv o l t a g ea n df r e q u e n c y ，d i s t o r t i o nr a t eo fv o l t a g e ，t r a n s i e n tp r o c e s sa n d s oo n f r e q u e n to p e r a t i o no fc i r c u i tb r e a k e rc a u s e sal o to fo p e r a t i n gt r a n s i e n t p r o c e s sw h i c hd i r e c t l ya f f e c tp o w e rq u a l i t yi nd i s t r i b u t i o np o w e rs y s t e m b e c a u s e o ft h ei n c r e a s i n gt e c h n o l o g yp r o g r e s s e sa n dr e m a r k a b l ea d v a n t a g e so fv a c u u m c i r c u i tb r e a k e r , i ti su s e dm o r ea n dm o r ew i d e l yi nd i s t r i b u t i o np o w e rs y s t e m t h e r e f o r e ，t h es t u d yo fi n t e l l i g e n ts y n c h r o n o u so p e r a t i o no fv a c u u mc i r c u i t b r e a k e ga i m i n ga ts u p p r e s s i n go p e r a t i o no fo v e r v o l t a g ei so fg r e a tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ef o rs a f e t yo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e m sa n di m p r o v e m e n to fp o w e r q u a l i t y b a s e do nt h ea n a l y s i sa n ds u m m a r i z i n go fr e s e a r c hs t a t u so fc i r c u i tb r e a k e r i n t e l l i g e n c e a th o m ea n da b r o a d ，t h i s p a p e rm a k e sat h e o r e t i c a la n a l y s i so n o p e r a t i n go v e r v o l t a g ep r o d u c e db ys w i t c h i n gv a c u u mc i r c u i tb r e a k e r ，s t u d i e st h e i n f l u e n t i a lf a c t o rf o ra c t i n gt i m eo fp e r m a n e n tm a g n e t i ca c t u a t o ra n d p r e s e n t sa f e a s i b l ea p p r o a c ht oa c c o m p l i s h i n gt h ei n t e l l i g e n ts y n c h r o n o u so p e r a t i o nb a s e d i l l o nd s pa n da r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k t h ec a l c u l a t i o nm e t h o do ft h ee l e c t r i c a l p a r a m e t e ro fp o w e rs y s t e mi sa l s op r o p o s e d i nc o n n e c t i o nw i t ht h i ss u b j e c t ，t h em a i nc o n t e n t sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 at h e o r e t i c a la n a l y s i so no p e r a t i n go v e r - v o l t a g eo fv a c u u mc i r c u i tb r e a k e r i sm a d ei nd e t a i l t h er e a s o na n ds u p p r e s s i n gm e a n st oo p e r a t i n go v e r v o l t a g ea r e d e s c r i b e di na l ls i t u a t i o n s o v e r v o l t a g ew h e ns w i t c h i n gu n l o a d e dt r a n s f o r m e r , p o w e rc a p a c i t o r ，u n l o a d e dt r a n s m i s s i o nl i n e si sd i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y 2 t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fb i o s t a b l ep e r m a n e n tm a g n e t i ca c t u a t o ri s i n t r o d u c e di nt h i sp a p e r af e a s i b l ea p p r o a c ht om a k i n gm a t h e m a t i c a lm o d e lt o p r e d i c tt h ec l o s i n ga n dc u t t i n gt i m ea n d t h ei m p l e m e n tm e t h o do ft h em o d e lw i t h d s pa r ep r o p o s e d ，b a s e do na n a l y z i n gt h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h ea c t i n gt i m e o fp e r m a n e n tm a g n e t i ca c t u a t o ra n do nt h eu s eo fa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k t h e m e a n st op r e d i c tz e r op o i n to fs i g n a la n dt h ew h o l ep r o j e c tf o rs y n c h r o n o u s o p e r a t i o na r ep r o p o s e da sw e l l 3 t h es a m p l i n ga n dc a l c u l a t i o nm e t h o d so ft h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e ri n p o w e rs y s t e ma r ep r o p o s e d i nt h i sp a p e r , ag r o u po ff i l t e ro p e r a t o ri s i n t r o d u c e dt o e s t i m a t et h ep a r a m e t e ro fd e c a y i n gd cc o m p o n e n to n l i n e at e c h n i q u et oc a l c u l a t et h e f u n d a m e n t a lf r e q u e n c ya n dh a r m o n i c sc o m p o n e n ti nt h es i g n a l i s p r o p o s e db a s e do n e v a l u a t i o no ft h ed e c a y i n gd co f f s e t s t h ed a t aw i n d o w sj u s tn e e do n ef u n d a m e n t a lc y c l e ， s ot h i st e c h n i q u eh a sh i g hs p e e di nt h e o r y , t h i st e c h n i q u ei sa na c c u r a t ea l g o r i t h m 4 m a k i n gr i s e o fm a t l a bs o f t w a r e ，o p e r a t i n go v e r v o l t a g ec a u s e db y c l o s i n gu n l o a d e dt r a n s f o r m e ri ss i m u l a t e d am a t h e m a t i c a lm o d e li s b u i l tt o p r e d i c tt h ec l o s i n gt i m eo nt h eb a s eo fm a t l a ba r t i f c i a ln e u r a ln e t w o r k t 0 0 1 s i m u l a t i o nr e s u l t sa d o p t e dt r a d i t i o n a ld f ta n dt h i st e c h n i q u es h o wt h ee f f e c t i v e so ft h i s t e c h n i q u et oc a l c u l a t et h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e ri np o w e rs y s t e m t h i sp a p e rp r o p o s e st h em e t h o do fi n t e l l i g e n ts y n c h r o n o u sc o n t r o l l e ro f c i r c u i tb r e a k e rw i t hp e r m a n e n tm a g n e t i ca c t u a t o r ，w h i c ha d o p t saf a s ta l g o r i t h m t od e a lw i t hs i g n a la n dc o m b i n e sd s pa n da r t i f t c i a ln e u r a ln e t w o r k i tc o n t r i b u t e s ， t os o m ee x t e n d ，t ot h ei m p r o v e m e n to fp o w e rq u a l i t ya n dt h ei m p l e m e n to f i n t e g r a t e da u t o m a t i o no f d i s t r i b u t i o np o w e rs y s t e m k e y w o r d s ：v a c u u m c i r c u i t b r e a k e r ；p e r m a n e n tm a g n e t i ca c t u a t o r ； o p e r a t i n go v e r v o l t a g e ；s y n c h r o n o u so p e r a t i o n ； a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ； f i l t e ro p e r a t o r v 四用大举硕士学位论文 1 绪论 l ，l 选题蜚景和意义 菠着黼民经济的发展和入民生活承平的提高，对宅力的需求量愈豪愈大， 使电力工业得到迅猛发展，当前的电力系统己进入了一个大机组、大电网和超 高压的时代，电网结构网趋复杂化。伴随着电网的不断扩大，月户对供电质量 霸餐逮哥露注要求遣越来越裹。电髓熬嘉屡量终魏在龟压蟊簇蹇豹稳定瞧、毫 压畸变率、暂态过程长短等多个方面。在配电网中，断路器擞作频繁，产生大 量的操作褥态过程，盥接影响了电能质量。如果能实现断路器的同步开关( 或 豫为选楣攥 乍) ，姆可以最大限度的到弱操作蜇态避程的不剩影噙，是提毫泡能 质量的有效途径之一。 2 0 世纪9 0 年代以来，为了加快我国电力工业的发展速度，借鉴于国外的 经验，各魄力公司加大了配电网的建设力度，主爰垦标是实现配电网自动化。 凝赘器终为黾力系统中蓬要懿毫气浚螽之一，越餐燕裁、谣节秘揉护 乍筵；，萁 可靠性和智能化水平对电力系统的稳定和自动化程度将产生深远的影响。由于 计算机及通信技术的广泛应用，电力系统的控制保护技术也发生了重大变化， 黄绞的搂搬式信号溺繁、簧簸已被数字式遥溅、巍纾传辕取代，瑗在通过诗葵 机可以方便地进行监测、通信和数据存储，实现了电力设备的操作、运行翻保 护的智能化。微电子、微处理技术与开关设备相结合，能充分发挥微电子、微 处理技术对大量信息存健、适时判凝、快速反威等优点，使舞关设备能适时辗 据电丽的参数变纯动俸，使一次设备的保护更潮宠善可靠，为实现开关设备状 态监测和故障诊断提供了可能，并减少维护工作鬣，且有利于变、配电所的遥 测、遥调、遥信、遥控【l j 。 | 蘧蓉锾楚理器鼓零戆飞速发蒺，摹冀数字信号娃理器( d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s o r ，简称d s p ) 运算速度的不断提高 z - 3 1 、实验和测试手段的推陈出新i 舢”、 各种新算法的不断涌现，以及电力电子技术和人工智能控制理论的迅速发殿及 其在电器领域蛉广泛应用f 6 。9 】，提崽了逛器智化敬壤念。对于魄力系统中广泛 使用豹龋豫嚣，萁智能化程度的提离将使供电可露性提高，骚测能力增强，恢 复供电加快，运行维护更经济方便，并能及时、有效、自动地完成各种功能控 制【1 0 1 。目前断路器智熊化大致表现在以下几个方蕊： 四川大学硕士学位论文 ( 1 ) 开关本质功能斡褥能诧：由两王位突变鍪隰抗交换器跃升为快速可 掇的多工位阻抗变换器，这已有类似断路器功能的f a c t s 器件功能为先导， 要完全实现这一功能，还有特于新技术、新材料的开拓，只有实现这一点才能 爨爱薅凌开关动俘对迄网稳定与安全掰逡袋夔砖击。 ( 2 ) 高压开关设备自身的状态监测与故障诊断 1 1 - 1 5 l ：高压开关设备的性能 体现在触头、灭弧、机械动作、辅助控制回路及绝缘、发热等诸方筒，他们的 状态正常才能体礁出开关的运行状况正常。只有随时黢测这些状态，有异常 或骥显敌障就埝宙提示或告警信号，给密可能静故障类型及方位，才麓防患予 未然，增加开关设备可靠性；实现由计划检修到状态梭修的转变，提高设备的 利用率 1 6 - 1 7 。 ( 3 ) 对壤鹣匏菜些教瓣避嚣诊鼗及信惑运黄哪! ：电溺豹菜望渗菠茬茳是 与开关的操作分不开的，如果有一个开关设备的“黑匣子”，能记录下事故前的 糟千主要信息，包括各相电压、电流、是否有命令给开关、开关是谮接到动作 余令、开关的动佟菝彦等裁鼹有助于事故豹分褥。诗爨税应用予彀力系统，首 先楚控制保护，后是信息管毽，最后才怒状态维护，瞬前基本上还处在“各自 为政”的状态，但最后总归疆统一。因此，一个统一的交换“协议”一定会建 立，开关设备的各个自检状态及参数一定要送往有关技术中心，也会有上位主 掩没各下达熬信惫或命令簧拜关设备接受。繇虢，是焱英备信惫逶传功鼹毽是 开关设备智能化程度高低的一个标志。 ( 4 ) 根据电网状态进行智能化操作，这主要包括： ( a ) 缓尽餐减枣操作i 篷邀压、合耀濑浚为嚣搽瓣瑟鼹器台、分懑操圣# 蕊 同步控制 1 9 1 ； ( b ) 自动踅合闸的智能控制【2 0 2 4 】：撤据检测到的信息判断故障的种类( 永 久牲或雅时性) ，提高自动黧合阐的成功攀，从面减小短路冲击，增搬电网的稳 定往，这遣是一个难度较大豹问题： ( c ) 超高压断路器的智能操作【2 3 l ：根据电网状态自适应改变断路器的分 闸特性，从而提高断路器的使用寿命。 在上述鼗辨器餐裁纯豹尼令方蠹中，鞭鼹器煞司步操作俸为鼗潞器餐藐亿 的个重要方面，已成为了电器智能化的前沿课题。 真空断路器【2 6 】是以真空作为灭弧和绝缘介质，在真空中进行电流开断与闭 四川大学硕士学位论文 合的开关电器。在真空断路器中，不产生分解物，不会与环境相互影响，污秽、 灰尘及潮气均不能进入灭弧室，这就避免了触头等的氧化，这些显著优点使真 空断路器得到了广泛的应用 2 ”。目前在中压开关领域主要以真空断路器和s f 6 断路器为主，在4 0 ，5 k v 级，真空开关和s f 6 开关平分秋色，而在1 2 k v 级，真 空开关占绝对优势。传统的真空断路器操动机构主要采用电磁操动机构或弹簧 操动机构。电磁操动机构的缺点是合闸线圈消耗的功率太大，要求配用昂贵的 蓄电池，而且电磁机构的结构笨重，动作时间较长。弹簧操动机构虽然不需要 大功率直流电源，且可以交直流两用，但是结构比较复杂，零件数多( 多达2 0 0 个) ，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高。这两种操动机构都是由复杂 的传动机构组成的机械系统，运动时间分散性大，运动可控性差，响应速度慢， 因而很难实现机械运动的精确控制。而同步操作的技术关键是要操动精确， a b b 公司给出的断路器同步操作时间的最大偏差为士1 m s ( 对于合闸) 车n 士2 m s ( 对于分闸) ，只有依赖电子操动才有可能实现。 和传统的断路器操动机构相比，永磁操动机构采用了一种全新的工作原理 和结构，工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱、锁扣装置，故障源少， 具有较高的可靠性。a b b 公司研制的v m l 型配永磁机构的真空断路器机械寿 命达到1 0 万次，我国研制的v s m 型配永磁机构的真空断路器机械寿命为6 万 次，永磁机构的机械寿命为1 0 万次，而采用传统的操动机构很难达到这一指标， 而且永磁机构的出力特性与真空断路器反力特性配合较好，非常适合于真空断 路器 2 8 _ 3 0 。更重要的是，永磁机构由于动作部件少，中间转换和连接机构也很 少，大大减小了动作时间的分散性和不可控性，为断路器实现同步操作提供了 可能性。 实现真空断路器的智能同步操作具有巨大的现实意义： ( 1 ) 减小合闸操作的涌流和过电压，缩短暂态过程。幅值很大的涌流将 导致断路器触点受损，变压器绕组产生机械应力，保护继电器误动作；过电压 可能导致设备局部放电。采用同步合闸可以减小涌流的幅值和电压的扰动，从 限制瞬态电压的效果和经济性等方面考虑，都比通常所用的预置合闸电阻和避 雷器要好得多。 ( 2 ) 提高电能质量和系统的稳定性，同步操作技术可以减小在对负载进 行分、合闸操作时电网设备所承受的过电流和过电压的作用，有效地改善了电 四川大学硕士学位论文 能质量并提赢了系统静稳定往。 ( 3 ) 延长了电器的使用寿命和检修周期，降低了成本。由于同步操作使 电网中的操作过电压和过电流大大减小，从而延长了使用寿命和检修周期。 ( 4 ) 鞭爨器兹霹步分聚胃驭大大撬襄分蘩麓力。 ( 5 ) 可愈接在断路器上实现对电网电参数的检测。 l + 2 国内乡| 、谤究现状及不是 1 2 1 国外发麟动态 早在3 0 多年前，人们就开始在配电系统实践开关智能化，即在配电开关外 附加智能控制器，用以自动判别线路故障，切除与隔离故障并恢复健康区段的 供毫，称为鑫秘重合器与舞动分段器。魏着诗冀辍技术匏发震，越来越多数毫 站实现了微机化控制与管理，使开关智能化沿两条路线发展。在电力系统方面， 希望开关实现“四遥”功能，把设备状态反映到电站主控微机，实现开关乃至 熬个系统豹絮姥讫。嚣对潮内羚大多数铡造厂家来说，首先追求豹楚开关本传 智能化，因为元件智雒诧才是最根本和最可靠的智麓化。 1 9 9 0 年，c i g r e ( 国际大电网会议) 提出了智能断路器的概念。近年来已 肖缀多智能化开关面市，黼压领域典型躯有东芝公司的c g i s 和a b b 公司的 e x k 壅智麓纯g i s 瑟”，它们静祷点都是浆霜先速静传戆器技术和徽计算梳处褒 技术，使整个组合电器的在线监测与二次系统在一个计算机控制平台上。在中 压领域较典型的有九十年代初的富士公司的智能式真空断路器 3 2 1 及a b b 公司 1 9 9 7 年接密熬v m l 型奏窆鞭路嚣 3 3 1 。v m l 鍪奏窒凝赣器是a b b 公司戆最毅 产品，除了新颖的一体化鳃缘结构，最驻著的特色是采用了永磁搡动机构，并 实现了二次控制无触点化。 永磁枧构蹙2 0 世纪9 0 年代末出现的耨型揉动机构，它豹控铡技术也是最 邋几年正在发展中翡一种技术p 4 8 l 。9 0 年代末，瑞士黪a b b 公溺提出了基予 永磁操动机构和电子控制的中压同步断路器的解决方案【3 “。这种断路器具有独 立操动的三极，能进行复杂的同步操作并能适应各种负载和电网结构。永磁操 动辍梅提豢了在阉琢控镯中实瑗透应魏舞法兹酉笺嬖妻。这襻藏麓遴过黯来窭懑 发、控制电聪、老化等干扰的影响进行补偿，实现运动控制，保证动作时间的 稳定性。该方紫的主要特点是通过对触头运动的闭环控制保证动作时间为常数。 4 四l l 大学硕士学位论文 尽管阔步操作技术的提出已经近3 0 年了，遐限于当时的技术水平，这种方 法还停留在理论研究的层面上。到了2 0 世纪9 0 年代，同步操动技术才开始得 到实际应弼。铡如加拿大魁北克东电公司在7 3 5 k v 电抗器峨路器上实褒的粥步 关合揉捧刚。c i g r e 统计了截止到1 9 9 3 年同步新路器在不潮阐家和不感爝途 中的应用情况 3 8 ，如表1 ，1 所示。1 9 9 8 年，c i g r e 对该技术的优缺点进行了讨 论，通过分析和现场实验证明效果良好，有效的降低了断路嚣分、合闸的暂态 过程，大大撬嘉了藜爨器翡可靠瞧黟系统熬稳定缝。 表1 1同步断路器的实际应用情况 黧剐应瘸台数( 台)鼹途瘟翅台数( 台) 瑞士 1 1 4 关台奄容器 1 1 6 | 麓国 6 8关合变压器1 6 3 | 瑞典 7 7关台电摭器2 l l 涣大零l 耍 3 9关台线路1 5 i l 2 2 国内发展现状 近足年，国内羚一魉磋究撬爨瓣开关毫器生产厂家也在致力予电器簪熊佬 的研究i 3 ”，并在永磁机构的开发和控制技术的研究方面取得了一定的成聚。 目前研究较多的是在并联电容器组投切中使用同步关合技术，能从根本上解决 电容器缎投切过电压闻怒【4 2 4 ”。文献 4 4 1 对配永磁辊构真空断鼹嚣鲍同步关合 测控系统避行了探讨，但这些都只麓在理论上的探讨p ”副，在中压领域还没有 实际应用。 在开关智能化理论方面，国内有文献提出智能操作的概念，所谓“智熊操 嫠”( i n t e l l i g e n to p e r a t i o n ) 是摇“凌艇头麸一个佼嚣蘩另一个位萋匏垂适应控 制的转换”。智能操作晌一个重要特征是可以根据接受到分闸命令时的电网状态 信息( 如电流、电压、功率因数等) ，自动调整操幼机构或灭弧象合理的预定工 作条 牛，扶瑟褥到最馕的署叛效巢。文献 4 7 4 8 l 磷究了系统瞧气参数与系缀状 态的模糊关系，形成了对断路器剐分速度的控制规则和模糊控制方法，提渤了 s f 6 断路器操作机构的模糊控制模型。智能操作打破了传统断路器单一分闸特 性鲍概念，是对高电愿等级开关操动机梅改造的夜益誊识。 四川大学硕士学位论文 1 2 3 存在的不是 从目前的研究情况来看，同步断路器主要应用于阔步关合方面，比如无功 补偿电容器的同步关合、电抗器的同步关合等，对于同步分断的研究和应用相 对较少；恧虽瓣步凝跨嚣在我莓还没煮实嚣生产。在己投入楚爱戆强步蘩路器 中，其智能化功能还有待进步提高，包括在断路器一b 完成测量、傈护、通信 和智能操作等功能。人工智能技术( 模糊控制、人工神经网络等) 在智能断路 器中的应用有特深入硬究。永磁辊掏于# 为转薪型的凝鼹器操动枫擒，当蔚还 只用于较低电压等级的断路辩操作中，对粼永磁辊鞫的真空断路器静状态监溅 方面作的工作也不多。开发用于更高电压等级的永磁机构 4 ，实现熙高电压等 级断路器的同步操作尚在研究之中。 1 3 研究内容与主要工作 当前国内外在永磁机构智能断路器同步关合技术方面的研究和成用，已有 了缀多硬究残浆，毽对于嫒鼹器豹同步分断戆磅究还缀少。本文在分撰真空甄 路器操作过电压的产生杌瑗釉永磁祝梅动作时闯影响因素的基础上，提出了基 于d s p 和人工神经网络的同步控制解决方案，具体的研究内容和主臻工作有以 下几个方面： l 、查藤了罄肉努畜关永磁橇稼帮餐簸赫路器霹步襟 乍鳃稳关文献稆书籍， 对智能同步断路器的研究意义、国内外的研究状况和发展趋势进行了阐述。 2 、对真黛断路器操作过电压进行了详细的理论分析。阐述了各种情况下 搽终过电压戆形残及舞裁方法；分裂对空载变基器、惫容器霸空载线路豹台、 分闸操作过电聪进行了讨论。 3 、介绍了双稳态永磁桃构的工作原理，在分析永磁机构动作时问影响因 素的基础上，掩蹬了铡用人工神经网络建模颈浏分、合阕对闻及其在d s p 上的 实鬻方法。在分搴斤操俸暂态进程的基磷上，给出了合、分阕操作时煎信号零点 预测方法，并给出了完整的同步控制解决方案。 4 、提出了在断路器上敷接获取电网参数的算法，该算法通过一组滤波算 予霹在一令綦波两麓内诗纂餐释穗嚣( 露疆歪零帮教瓣状态) t 熬蒸波逸滚以 及故障时的暂态分量，并将计算结果作为信号零点预测的依据。 5 、用m a t l a b 仿真软件对真空断路器关合空载变压器的暂态过程进行了 露堋大学氍士学垃论文 仿真，并利用m a t l a b 人工神经网络工具箱建立了合闸时间预测的数学模勰。 对于所提辣法也进行了m a t l a b 仿真，验证了算法的有效性。 本文撬崮鲍隶磁枧毒奄智熊同步毅路器控制方法，采用实时瞧较好的信号提 取算法，将d s p 和人工神经网络稻络台，对供电艨量的改善和实现配电网的综 合自动化媳有较好的现实意义。 四川大学硕士学位论文 2真空断路器操作暂态过程分析 在电力系缆中，除了由嚣电引起的雷电过电压以外，还经常出现另一类过 毫压疼聱遮遵压驿“” 。它熬产生接添在电力系绫疼罄，塞予麓爨器操搀帮 各炎故障( 按她、断线等) ，使得系统参数发生变化，引起电磁能量的振荡转化 和传递而出现的电压升高，称为内部过电压。内部过电压可按其产生原因而分 为操作过电压朔餐对过电压，嚣暂时过电聪又包括谐捉过电压积工频电压身高。 摄作过电压是攒在进行绦佟或者发生故障时，电力系统从一种稳定工作状态逶 过振荡转变到另种稳定工作状态的过渡过程中，产耋| 三的具有暂态性质的过电 压。操作过电压的能量来源于系统本身，其幅值与系统的额定电压大致成正比， 逮露爰过电压倍数寒表示它瓣大枣，它楚决定逛力系统笼缘承平熬袄攥之一。 在配电网中，瞄于断路器操作频繁，引起大量的操作暂态过程，对电能质量及 f 瞧力设备寿命肖直接影响。本章分析了断路器分合各种性质负荷情况下的操作 过邀蘧，褥出了不弱性质受瑟下操捧暂态过程魏攘制方法。 2 1 合闸操作暂态过程分析 2 1 1关合感i 生负荷的暂态避程 空载变压搽帮电菝嚣鹭藩予感性受穆，它霞在关含时豹奢态遥程是耪垂爻 的，下面以空载变压器的关合过程为例米分析。 空载变压器稳态运行时，励磁电流是额定电流的2 5 ，但在接通电源的 瓣簿，电流瓣骥篷却缀大，瑟显蘩率稷鬻，逶零稼这个毫滚为灞漉。鼹予中、 小型变压器，涌流的直接纸辔并不大，德却能够引起装在变压器原边的过电流 保护装置误动作；对于大型变压器，涌流将对变压器产生很大的冲击。下面分 辑潦流产生的源因。 当变压器低压侧空载，离压秘在时阔t = o 辩谈到正弦电源掰上以后，高篷 侧回路方程如下： i l + 码竺警= u 。s i 域骥+ g ) ( 2 1 ) “ 式中，w 1 戆高压侧绕组的匝数；m ，怒高压侧绕组的全磁通；球楚变压器刚 接通时电源的初相角；f 1 和 是高压侧绕组的励磁电流和电阻。变压器铁心存 鞲雉大学矮学位硷文 在饱和现象，式( 2 一1 ) 怒一个非线性微分方程，由于i ；很小，式( 2 1 ) 中第一 项比第二项小得多。在这种情况下不考虑铁心存在饱和，令 f 。：零， ( 2 2 ) 将( 2 2 代入( 2 - 1 ) ，褥： 拿+ 孚，：堡s 遮( r o t + 盘) ( 2 1 3 ) 廊三 。 m 7 上式是一个以磁通彤。为变量的常系数微分方提，o ：出强制分量( 周期分 量) o 。和自由分量西：两部分组成，即 辔：=蚤l昏2(2-4) 对方程( 2 3 ) 求解可得： 曲1 ：中，s i n ( c o t + 一d r c 增竺奠) ( 2 5 ) 0 2 = 中。c o s g 厶 ( 2 6 ) 田m2 百l 1 丽u m ( 2 - 7 ) 码0 + ( 疵1 ) 2 国予 三和 1 越， 三一瓣，毫漉超藩予毫溪电压粥。 广南丁 _ 粤j 一* 审c 。s m t 三 ；! c ，= =c = = i。1，。， 豳2 。6 开瑟荦相电容毫路琢理图 与断路器设计用的额定短路电流相比较，电餐性电流是小的，只有几安壤 四川大学硕士学位论文 到几百安培，闲此电容性毫流可以在霰惹的电弧时闻内羧切龋。在电流切断懿 瞬间，电容器熄完全充电的，其电压差不多等于电源的峰值电压。经过半个周 期，电源电压的极性反过来，断路器触头两端的电压为电源电压峰值的两倍。 蚨溜2 ，7 土可以潼楚黪吾至l 遮一点。 t z 脓 羚 厂1 虬l 黟，t 一 电流中断 “一 瞬间 圈2 , 7 瞧密电流速断鞠间的电流和毫厦轨迹 1 一电源电滕；2 一电容器上电压；3 一断路潞两端电压 邀压誓态遥程是一耱蘸源侯l 褒象。在负载爨连接麓亳容器缍袋空载线路， 电攫没有变化。集聚起来的电荷产生一个恒定的电压，但当电源电压极性反过 来时，在断路器触头上将出现接近电源电压峰值两倍的电压。假定此时触头间 会貘强疫不戆承受瑟恢复惫压，邀弧重燃，遗容通过二次点燃蕊毫鞭遂遂骧及 电感上。和三而进行自身放电。振荡电流的频率和峰值如下： f 。雨1 一号 池2 s ， c t 越小，则频率越高，暂态电流幅德越大。在二次点燃的瞬间，若电容器 c 上的电压值为一e 时，则在暂态电流的第一个过零处灼电压为+ 3 层。当电弧 逶遥薅灭薅，辫潞器瑟瑟援蕊邀流。在籁头瘸豫主蕊浚笺迄压嚣在已增艇至4 e ( 电源侧电压的作用为一e ，而电容器c 上的集聚电荷的作用为+ 3 e ) 。只要断 路器的触头再分离一点点，则另一个二次点燃就可能发生。灭弧介质第二个二 四川i 大学硕士学位论文 次点燃的结果是一个双倍幅值的振荡电流，而当断路器在其第一次过零时再次 切断暂态电流时，电容器c 上的电压已增加到5 e ，而断路器触头上的电压现在 是6 e 。按此分析下去，直至断路器不重燃为止。由此可知，切除小电容性电流 时，断路器的多次重燃将产生很高的过电压。图28 表示了断路器重燃时的暂 态过程。 忒电压爪高频放电电流一 一、义 v 。 电流 - 1 一 一 一 电流中断瞬间 图2 8 开断电容电流时断路器的重燃 以上的分析是理想化的，只是说明产生过电压的本质现象而已，实际过程 有很大差别，它受一系列复杂因素的影响。 为了限制切除容性电流时的过电压，最有效的措施是改善断路器的结构， 提高触头介质的恢复强度和灭弧能力，避免重燃，从根本上消除这种过电压的 四川大学颈士学像论文 成嚣。醚蓉现代凝鼹器设诗剿造承乎粒提毫，已熊基本土达到不重燃姆要求， 在开断容性电流时也就不会产生很高的过电压了。 2 3 小缩 本章分析了囊空断路器在各种搽作情况下的搿态过程，通过本章的论述得 到以下结论： ( 1 ) 在电压峰值关合空载变压器或电抗器，涌流的幅值最小，相应的暂态 过程最短，可敬转盘继魄保护装置谈动佟。 ( 2 ) 在电压过零点时关台电容器，涌流的幅值最小，可咀延长断路器的检 修嗣餐和傻角寿命。 ( 3 ) 在电压过零点关合空载线路，过电压的幅值最小，可提高电压的稳定 性。在自动重合闸并考虑线路存在残余电压时，为了使过电压媛小，应在触头 嚣燃电压为零对会闻。 ( 4 ) 真空断路器在开断小电感性电流时，由于真空开关具有很强的灭弧能 力，将产雯截流进电压，截流过电压豹大小与截浚湃瓣惫滚豹大，l 、蠢接稿关， 控