阅读说明：本技术 一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法及装置 (Method and device for calculating switching-off capacitive load overvoltage of filter circuit breaker ) 是由 刘凯 彭在兴 王颂 黄克捷 易林 赵林杰 李锐海 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法及装置,该方法包括：根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数,对对应的且预先建立的元件进行参数设置,以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中,所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容,每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算,以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。采用本发明能对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确计算。(The invention discloses a method and a device for calculating the switching-off capacitive load overvoltage of a filter circuit breaker, wherein the method comprises the following steps: setting parameters of corresponding and pre-established elements according to the set parameters of each element in the alternating current bus module, the breaker module and the filter module so as to construct an equivalent circuit model for calculating the switching-off capacitive load overvoltage of the filter breaker; the circuit breaker comprises a circuit breaker module, a plurality of resistors, a plurality of capacitors and a plurality of capacitors, wherein the elements pre-established in the circuit breaker module comprise a plurality of fracture resistors and a plurality of fracture parallel capacitors, and the parameters of each fracture resistor are configured according to the resistance value of a body insulation resistor of a circuit breaker arc extinguish chamber and the resistance value of a surface resistor of a circuit breaker porcelain bushing; and carrying out simulation calculation on the switching-on and switching-off capacitive load overvoltage of the filter circuit breaker through the equivalent circuit model so as to obtain the switching-on and switching-off capacitive load overvoltage of the filter circuit breaker. The invention can accurately calculate the switching-off capacitive load overvoltage of the filter circuit breaker.)

一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法及装置。

背景技术

交流滤波器投切断路器由于其特殊的应用场合，需切断容性负载，投切频繁，而且开断需承受交直流混合电压，工况较恶劣，比普通断路器应该有更高的技术要求。近几年来，相继出现了多起滤波器断路器事故，事故基本的现象都是滤波断路器断开后出现重燃或闪络，并出现多次了炸裂事故，对电网的可靠安全运行构成了极大的挑战。滤波器断路器能否成功开断取决于开断过程中产生的过电压与绝缘恢复强度的关系，当过电压高于绝缘恢复强度时，断路器将发生重燃或击穿。而断路器出厂后，在结构形式及充装气压等参数固定的情况下，绝缘恢复强度几乎不变，因此滤波器断路器能否成功开断主要取决于开断过程中的过电压。由此可见，准确计算滤波器断路器开断容性负荷过电压对保证电网的可靠安全运行具有重要的意义。

目前，一般是根据PSCAD或EMTDC软件自带的断路器模型来构建计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的模型，PSCAD或EMTDC软件自带断路器模型将断路器等效为具有一定电弧阻抗的元件，以满足电弧电压和电弧电流约束条件。但是，发明人在实施本发明的过程中发现，由于断路器是由灭弧室、外瓷套和并联电容等构成的，这些部件对滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算造成一定影响，而现有的计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的模型并没有考虑这些部件对过电压的影响，这样会使得滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算不够准确。

发明内容

本发明实施例提供一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法及装置，能对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确计算。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法，包括：

根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；

通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

作为上述方案的改进，所述通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压，具体为：

运行所述等效电路模型；其中，所述等效电路模型中的断路器模块的初始状态为闭合状态；

向所述断路器模块发送第一分闸信号，以控制所述断路器模块在当前时刻到达第一时刻时切换至断开状态；其中，所述第一时刻为在所述断路器模块接收到所述第一分闸信号后，流经所述断路器模块的电流第一次过零点的时刻；

向所述断路器模块发送合闸信号，以控制所述断路器模块在处于断开状态的累计时长达到预设时长时切换至闭合状态；其中，所述预设时长等于交流电的二分之一周期时长；

向所述断路器模块发送第二分闸信号，以控制所述断路器模块在当前时刻到达第二时刻时切换至断开状态；其中，所述第二时刻为在所述断路器模块接收到所述第二分闸信号后，流经所述断路器模块的电流第一次过零点的时刻；

在所述断路器模块第二次断开后，获取所述断路器模块所承受的电压峰值，将所述断路器模块所承受的电压峰值作为所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

作为上述方案的改进，所述断路器模块包括若干个断口单元；

当所述断路器模块中的断口单元数量为一个时，所述断口单元的一端连接所述交流母线模块，另一端连接所述滤波器模块；

当所述断路器模块中的断口单元数量为一个以上时，若干个所述断口单元串联后，一端连接所述交流母线模块，另一端连接所述滤波器模块；

每一所述断口单元包括一个所述断口电阻、一个所述断口并联电容和位于干路上的若干个开关；

所述若干个开关串联后与所述断口电阻并联，所述若干个开关串联后还与所述断口并联电容并联。

作为上述方案的改进，所述交流母线模块包括交流电压源、系统电感和母线对地杂散电容；

所述交流电压源的一端接地，所述交流电压源的另一端连接所述系统电感的一端，所述系统电感的另一端连接所述断路器模块，所述系统电感的另一端还连接所述母线对地杂散电容的一端，所述母线对地杂散电容的另一端接地。

作为上述方案的改进，所述滤波器模块包括第一电容、第一电感、第二电感、第一电阻和第二电容；

所述第一电容的一端连接所述断路器模块，所述第一电容的另一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地，所述第一电阻与第一电感并联，所述第二电感与所述第二电容并联。

作为上述方案的改进，所述向所述断路器模块发送第一分闸信号，以控制所述断路器模块在当前时刻到达第一时刻时切换至断开状态，具体为：

向所述断路器模块发送第一分闸信号，以控制所述断路器模块的每个断口单元中的至少一个开关在当前时刻到达所述第一时刻时断开，使得所述断路器模块在当前时刻到达所述第一时刻时切换至断开状态。

作为上述方案的改进，所述向所述断路器模块发送合闸信号，以控制所述断路器模块在处于断开状态的累计时长达到预设时长时切换至闭合状态，具体为：

向所述断路器模块发送合闸信号，以控制所述断路器模块的每个断口单元中断开的开关在处于断开状态的累计时长达到所述预设时长时闭合，使得所述断路器模块在处于断开状态的累计时长达到所述预设时长时切换至闭合状态。

作为上述方案的改进，所述向所述断路器模块发送第二分闸信号，以控制所述断路器模块在当前时刻到达第二时刻时切换至断开状态，具体为：

向所述断路器模块发送第二分闸信号，以控制所述断路器模块的每个断口单元中的至少一个开关在当前时刻到达所述第二时刻时断开，使得所述断路器模块在当前时刻到达所述第二时刻时切换至断开状态。

作为上述方案的改进，所述获取所述断路器模块所承受的电压峰值，具体为：

获取所述断路器模块中每个断口单元所承受的电压峰值；

根据所述每个断口单元的所承受的电压峰值，计算所述断路器模块所承受的电压峰值。

本发明另一实施例提供一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算装置，包括：

模型构建模块，用于根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；

过电压计算模块，用于通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法及装置，根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压，从而对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确计算。由于在等效电路模型构建的过程中，考虑到了断路器中灭弧室的体绝缘电阻、瓷套表面电阻和并联电容对滤波器断路器开断容性负荷过电压的影响，使得所述等效电路模型更准确，这样就能够对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确仿真计算。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法的流程示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的结构示意图。

图3是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的断路器模块的电流波形图。

图4是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的滤波器模块的第一电容的电压波形图。

图5是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的滤波器模块的第一电感与第一电阻并联部分的电压波形图。

图6是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的滤波器模块的第二电感与第二电容并联部分的电压波形图。

图7是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的交流母线模块的电压波形图。

图8是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的断路器模块的第一断口单元的电压波形图。

图9是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的断路器模块的第二断口单元的电压波形图。

图10是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的交流母线模块的电压波形局部放大图。

图11是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的断路器模块的电流波形局部放大图。

图12是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型的滤波器模块的电压波形图。

图13是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型在断口电阻不均匀系数为10:1时断路器模块的两个断口单元的恢复电压波形图。

图14是用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型在断口电阻不均匀系数为100:1时断路器模块的两个断口单元的恢复电压波形图。

图15是本发明一实施例提供的一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法的流程示意图。

本发明实施例提供的一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法，用于对电力系统中的滤波器断路器开断容性负荷过电压进行计算，包括步骤S110至步骤S120，具体如下：

S110、根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的。

具体的，操作员在仿真软件(本实施例的仿真软件均优选为PSCAD软件或EMTDC软件)的操作界面上对应新建组成交流母线模块、断路器模块和滤波器模块的元件，并将这些元件进行连接，从而建立交流母线模块、断路器模块和滤波器模块，接着为交流母线模块、断路器模块和滤波器模块的每个元件输入对应的参数，例如交流电压源的电压参数、断口电阻的电阻参数和断口并联电容的电容参数等，以对每个元件进行参数设置，这样，仿真软件可以根据对应的参数来构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型。

其中，组成交流母线模块的元件及其参数和元件间的连接关系是通过对电力系统中与断路器进行连接的交流母线进行等效分析而得到的，组成断路器模块的元件及其参数和元件间的连接关系是通过对电力系统中的断路器进行等效分析而得到的，组成滤波器模块的元件及其参数和元件间的连接关系是通过对电力系统中与断路器连接的滤波器进行等效分析而得到的。

需要说明的是，由于断路器中灭弧室的体绝缘电阻、瓷套表面电阻和并联电容对滤波器断路器开断容性负荷过电压造成一定的影响，因此在对电力系统中的断路器进行等效分析时，将断路器的灭弧室的体绝缘电阻以及瓷套表面电阻等效为电阻，以作为断路器模块中每个断口的断口电阻，并将并联电容等效为断路器模块中每个断口的断口并联电容，从而使得构建的等效电路模型更准确，这样就能够对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确仿真计算。

S120、通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

当构建好用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型后，仿真软件运行所述等效电路模型，并模拟断路器模块切容性负载发生重燃的过程，进而对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行分析计算，从而得到滤波器断路器开断容性负荷过电压。

具体地，所述步骤S120包括步骤S121至步骤S125，具体如下：

S121、运行所述等效电路模型；其中，所述等效电路模型中的断路器模块的初始状态为闭合状态。

当构建好用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型后，仿真软件运行所述等效电路模型。

S122、向所述断路器模块发送第一分闸信号，以控制所述断路器模块在当前时刻到达第一时刻时切换至断开状态；其中，所述第一时刻为在所述断路器模块接收到所述第一分闸信号后，流经所述断路器模块的电流第一次过零点的时刻。

操作员可以是在仿真软件上预先设置断路器模块的操作时序，从而实现断路器模块的开断过程，也可以是通过在线控制来手动控制，从而实现断路器模块的开断过程。以预先设置断路器模块的操作时序来实现断路器模块的开断过程为例，仿真软件根据预先设置的操作时序向等效电路模型中的断路器模块发送第一分闸信号，以控制断路器模块在当前时刻到达第一时刻时切换至断开状态。

S123、向所述断路器模块发送合闸信号，以控制所述断路器模块在处于断开状态的累计时长达到预设时长时切换至闭合状态；其中，所述预设时长等于交流电的二分之一周期时长。

在断口分离1/2交流电周期后，断口间将出现2Um的恢复电压，这一时刻断路器易发生重击穿，仿真软件根据操作时序向断路器模块发送合闸信号，以控制断路器模块在处于断开状态的累计时长达到预设时长时切换至闭合状态，从而模拟断路器的重击穿过程。

S124、向所述断路器模块发送第二分闸信号，以控制所述断路器模块在当前时刻到达第二时刻时切换至断开状态；其中，所述第二时刻为在所述断路器模块接收到所述第二分闸信号后，流经所述断路器模块的电流第一次过零点的时刻。

在断路器模块发生重击穿后，仿真软件根据操作时序向断路器模块发送第二分闸信号，以控制断路器模块在当前时刻到达第二时刻时切换至断开状态。

S125、在所述断路器模块第二次断开后，获取所述断路器模块所承受的电压峰值，将所述断路器模块所承受的电压峰值作为所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

在断路器模块第二次断开后，仿真软件对断路器模块所承受的电压进行计算，从而得到断路器模块所承受的电压的峰值，将断路器模块所承受的电压峰值作为滤波器断路器开断容性负荷过电压，从而得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，所述断路器模块包括若干个断口单元；

当所述断路器模块中的断口单元数量为一个时，所述断口单元的一端连接所述交流母线模块，另一端连接所述滤波器模块；

当所述断路器模块中的断口单元数量为一个以上时，若干个所述断口单元串联后，一端连接所述交流母线模块，另一端连接所述滤波器模块；

每一所述断口单元包括一个所述断口电阻、一个所述断口并联电容和位于干路上的若干个开关；

所述若干个开关串联后与所述断口电阻并联，所述若干个开关串联后还与所述断口并联电容并联。

其中，所述断路器模块中的断口单元数量根据电力系统中断路器的断口数量确定，例如当电力系统中的断路器为双断口断路器时，所述断路器模块包括两个断口单元。如图2所示的等效电路模型的断路器模块20包括两个断口单元，其中，第一断口单元21包括第一断口电阻R1、第一断口并联电容C2、位于干路上的第一开关BRK1和第二开关BRK2，第一开关BRK1和第二开关BRK2串联后与第一断口电阻R1并联，第一开关BRK1和第二开关BRK2串联后与第一断口并联电容C2并联；第二断口单元22包括第二断口电阻R2、第二断口并联电容C3、位于干路上的第三开关BRK3和第四开关BRK4，第三开关BRK3和第四开关BRK4串联后与第二断口电阻R2并联，第三开关BRK3和第四开关BRK4串联后与第二断口并联电容C3并联。

需要说明的是，断路器开断过程中电弧稳定燃烧时的弧道电阻范围为0.5-5Ω，但由于弧道电阻在此范围内变化对过电压影响很小，因此在模型中忽略弧道电阻的影响。又由于断路器的支柱瓷套等效电阻一般为断口等效电阻的几倍，对结果影响很小，为简化模型，在模型中忽略支柱瓷套等效电阻的影响。

参见图2，在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，所述交流母线模块10包括交流电压源AC、系统电感L1和母线对地杂散电容C1；

所述交流电压源AC的一端接地，所述交流电压源AC的另一端连接所述系统电感L1的一端，所述系统电感L1的另一端连接所述断路器模块20，所述系统电感L1的另一端还连接所述母线对地杂散电容C1的一端，所述母线对地杂散电容C1的另一端接地。

优选地，所述交流电压源AC为单相RRL型交流电压源。

参见图2，在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，所述滤波器模块30包括第一电容C4、第一电感L2、第二电感L3、第一电阻R3和第二电容C5；

所述第一电容C4的一端连接所述断路器模块10，所述第一电容C4的另一端连接所述第一电感L2的一端，所述第一电感L2的另一端连接所述第二电容C5的一端，所述第二电容C5的另一端接地，所述第一电阻R3与第一电感L2并联，所述第二电感L3与所述第二电容C5并联。

在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，步骤S122具体为：

向所述断路器模块发送第一分闸信号，以控制所述断路器模块的每个断口单元中的至少一个开关在当前时刻到达所述第一时刻时断开，使得所述断路器模块在当前时刻到达所述第一时刻时切换至断开状态。

以如图2所示的等效电路模型为例，可以是向断路器模块发送第一分闸信号，以控制断路器模块的第一断口单元21中的第一开关BRK1和第二断口单元22中的第三开关BRK3在当前时刻到达第一时刻时断开，使得断路器模块切换至断开状态。

在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，步骤S123具体为：

向所述断路器模块发送合闸信号，以控制所述断路器模块的每个断口单元中断开的开关在处于断开状态的累计时长达到所述预设时长时闭合，使得所述断路器模块在处于断开状态的累计时长达到所述预设时长时切换至闭合状态。

以如图2所示的等效电路模型为例，可以是向断路器模块发送合闸信号，以控制断路器模块的第一断口单元21中断开的第一开关BRK1和第二断口单元22中断开的第三开关BRK3在处于断开状态的累计时长达到预设时长时闭合，使得断路器模块切换至闭合状态。

在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，步骤S124具体为：

向所述断路器模块发送第二分闸信号，以控制所述断路器模块的每个断口单元中的至少一个开关在当前时刻到达所述第二时刻时断开，使得所述断路器模块在当前时刻到达所述第二时刻时切换至断开状态。

以如图2所示的等效电路模型为例，可以是向断路器模块发送第二分闸信号，以控制断路器模块的第一断口单元21中的第二开关BRK2和第二断口单元22中的第四开关BRK4在当前时刻到达第二时刻时断开，使得断路器模块切换至断开状态。

在上述实施例的基础上，作为优选实施方案，步骤S125中获取所述断路器模块所承受的电压峰值，具体为：

获取所述断路器模块中每个断口单元所承受的电压峰值；

根据所述每个断口单元的所承受的电压峰值，计算所述断路器模块所承受的电压峰值。

具体的，获取断路器模块中所有断口单元所承受的电压峰值，当断路器模块中只有一个断口单元时，将该断口单元所承受的电压峰值的作为断路器模块所承受的电压峰值；当断路器模块中有两个断口单元时，将两个断口单元所承受的电压峰值之和作为断路器模块所承受的电压峰值，以此类推，从而根据每个断口单元的所承受的电压峰值，计算断路器模块所承受的电压峰值。

下面以某500kV换流站为例，对用于计算该换流站的滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型进行介绍。

该换流站的交流母线可以等效为理想交流电压源与系统电感串联，参见图2，所述等效电路模型中的交流母线模块由交流电压源AC、系统电感L1和母线对地杂散电容C1组成，其中，该换流站线电压为550kV，母线相电压为318kV，系统电感L1为15e^-3H，母线对地杂散电容C1为3e^-3μF。该换流站的断路器为双断口断路器，则所述等效电路模型中的断路器模块由两个断口单元组成，在每个断口单元中设置两个位于干路的开关，断路器模块中包括BRK1、BRK2、BRK3、BRK4四个开关，断路器模块的开断操作通过BRK1、BRK2、BRK3、BRK4模拟实现，每一开关在打开状态下的电阻为1e¹⁶Ω，在关闭状态下的电阻为0.005Ω；断路器模块中包括R1和R2两个断口电阻，在断路器瓷套表面干燥无污秽状态下的R1和R2的阻值均为20e⁹Ω；断路器模块中包括C2和C3两个断口并联电容，C2和C3的电容值为2e^-4μF。该换流站的滤波器为A型滤波器，滤波器等效为第一电容C4、第一电感L2、第二电感L3、第一电阻R3和第二电容C5的串并联电路，其中第一电容C4的电容值为1.839μF，第一电感L2的电感值为0.01507H，第一电阻R3的电阻值为500Ω，第二电容C5的阻值为4.789μF，第二电感L3的电感值为0.011156H。由于该换流站的交流母线上和滤波器场均挂有避雷器，因此交流母线模块和滤波器模块均设置有避雷器，分别为F1和F2，避雷器F1、F2的额定电压为403kV，操作冲击保护水平为780kV。

下面结合上述介绍的等效电路模型对该换流站的滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算过程及原理进行介绍。

在上述介绍的等效电路模型中，BRK1、BRK2、BRK3、BRK4初始状态均处于合闸位置，为了模拟断路器切容性负载发生重燃时的恢复电压，通过设置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4的操作时序，来实现了断路器开断的过程。作为举例，可以将BRK1、BRK2、BRK3、BRK4的操作时序设置为BRK1和BRK3在200ms时断开，在215ms时闭合，BRK2和BRK4在215.1ms时断开，在250ms时闭合。

断路器模块开断时，由于电容上的残余电荷，电容电流开断时的恢复电压上升率相对较低。与短路电流相比，该电流很小，因而容易开断。这种情况下，开断会在第一个电流过零点发生。根据操作时序，在200ms时刻向BRK1和BRK3发送第一分闸信号，BRK1和BRK3接收到第一分闸信号，此时母线侧电压为零，电流超前电压90°，电流为最大值。在BRK1和BRK3接收到第一分闸信号后的第一个过零点时刻为205ms，此时控制BRK1和BRK3断开，使得断路器模块切换至断开状态，流经断路器模块的电流变为零。具体的，流经断路器模块的电流情况请参见图3。

断路器模块开断前，滤波器模块的第一电容C4承受的电压情况、第一电感L2与第一电阻R3并联部分承受的电压情况及第二电感L3与第二电容C5并联部分承受的电压情况分别如图4、图5和图6。从图4、图5和图6可以看出，第一电容C4承受几乎所有的工频电压，这是因为工频电压下，三部分的阻抗分别为1731Ω、4Ω和3.5Ω，第一电容C4阻抗远远大于其它两部分，因此几乎承受所有的工频电压。

断路器模块开断瞬间，如图7所示，交流母线模块的电压处于峰值Um，如图4所示，第一电容C4上的电压与开断前相等，将保持Um的直流电压。交流母线模块的电压以正弦规律变化，两个断口单元承受的电压均为交流母线模块的工频电压和第一电容C4的直流电压间的差值，第一断口单元21和第二断口单元22的电压变化规律分别如图8和图9所示。

在断路器模块断开1/2个交流电周期(10ms)后，断口间将出现2Um的恢复电压，这一时刻断路器模块易发生重击穿，控制BRK1和BRK3在此时通过合闸(215ms)模拟重击穿过程，并且通过控制BRK2和BRK4在电流的第一个过零点开断(215.1ms接收到分闸信号，在高频振荡电流的第一个过零点215.5ms断开)。重击穿过程交流母线模块的电压将产生高频振荡直至恢复到工频，交流母线模块的电压和流经断路器电流的局部放大图分别如图10和图11所示，在流经断路器模块高频电流的第一个电流过零点切断，第一电容C4承受电压近似等于切断时刻交流母线模块的振荡电压值(800kV左右)，如图4所示。由于高频电流存在，如图5所示，滤波器模块中第一电感L2与第一电阻R3并联部分承受过电压，并且很快衰减至零；如图6所示，滤波器模块中第二电感L3与第二电容C5并联部分承受特定频率的振荡过电压。滤波器模块承受的电压为第一电容C4承受的电压、第一电感L2与第一电阻R3并联部分承受的电压及第二电感L3与第二电容C5并联部分承受的电压之和，如图12所示。

重击穿过程中断口间恢复电压在交流母线模块的工频电压、第一电容C4直流电压和电感、第二电感L3与第二电容C5并联部分的高频电压三者作用下，变化趋势如图8和图9所示，每个断口单元承受电压幅值为848.17kV，断路器模块整体将承受1696.34kV的恢复电压，即该换流站的滤波器断路器开断容性负荷过电压为1696.34kV，超过断路器TRV规范要求值1470kV。

在250ms时刻控制BRK2和BRK4合闸，合闸过程中的交流母线模块的电压和流经断路器模块的电流将产生高频振荡，滤波器模块的电压等于交流母线模块的电压，两个断口单元的电压均为零。

由于断路器模块开断后将承受交直流混合电压，灭弧室瓷套表面在污秽、湿度、干带等影响下，断口电阻产生差异，最终造成断口间分压不均，从而引起外绝缘闪络或重燃、***等绝缘故障，可以通过改变上述介绍的等效电路模型中R1和R2大小，来研究断口电阻不均匀对开断过程中断口电压分布情况的影响，下面对断路器断口电阻不均匀情况下的过电压计算过程及原理进行介绍。

由前文可知，断路器模块开断后，断口单元的电压分别为交流母线模块的工频电压和第一电容C4的直流电压间的差值。断路器模块开断后，稳态下，两个断口单元承受的直流电压根据两个断口单元中断口电阻的关系分布，两个断口单元承受的交流电压根据两个断口单元中断口电阻和端口并联电容的关系分布。

正常情况下，断口电阻测量值为20GΩ，断口并联电容值为2e^-4μF，工频下的阻抗为1.59MΩ。断口电阻值远大于电容阻抗，因此断口间工频电压将按其并联的电容大小关系进行分压，而电容值受灭弧室瓷套表面污秽影响很小，其不均匀性来自电容容许制造偏差。

图13为R1＝20e⁹Ω、R2＝20e⁸Ω、不均匀系数10:1情况下两个断口单元的恢复电压变化情况，其中Eab1(图中颜色较深的部分波形)为第一断口单元21的恢复电压变化情况，Eab2(图中颜色较浅的部分波形)为第二断口单元22的恢复电压变化情况。图14为R1＝20e⁹Ω、R2＝20e⁷Ω、不均匀系数100:1情况下两个断口单元的恢复电压变化情况，其中Eab1(图中颜色较深的部分波形)为第一断口单元21的恢复电压变化情况，Eab2(图中颜色较浅的部分波形)为第二断口单元22的恢复电压变化情况。断口并联电容阻抗远小于电阻，交流电压在两断口单元均匀分压，直流电压按断口电阻分压。但从图13和图14可以看出，断开后两个断口单元间恢复电压差异很小，不均匀系数10:1下两断口电压几乎一样，100:1下才出现一点差异，直流电压并没有按照不均匀系数进行分压。对滤波器模块的第一电容C4所承受的电压进行分析发现，在断路器模块开断瞬间，电容电压由原来的交流变成直流，分别从电压信号中提取交流和直流电压。在断路器开断后，电容提供的是一个阶跃电压，时间常数τ＝R1*R2/(R1+R2)*(C1+C2)，不均匀系数100:1下τ为0.8s，一般经过3τ-5τ才能趋于稳定，而断开后恢复电压达到最大值需要1/2周期(10ms)，此阶段交直流电压在断口间的分布均处于暂态阶段。因此，当断口电阻较大时，时间常数大，断口间的恢复电压分布受断口电阻影响较小，将按电容值均匀分布。

本发明实施例提供的滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法，根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压，从而对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确计算。由于在等效电路模型构建的过程中，考虑到了断路器中灭弧室的体绝缘电阻、瓷套表面电阻和并联电容对滤波器断路器开断容性负荷过电压的影响，使得所述等效电路模型更准确，这样就能够对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确仿真计算。

参见图15，是本发明一实施例提供的一种滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算装置的结构示意图。

本发明实施例提供的滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算装置，包括：

模型构建模块10，用于根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；

过电压计算模块20，用于通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压。

本发明实施例的所述滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算装置的各个模块的具体工作原理请参考上述的滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算方法的相关内容，在此不再做赘述。

本发明实施例提供的滤波器断路器开断容性负荷过电压的计算装置，根据设定的交流母线模块、断路器模块和滤波器模块中各元件的参数，对对应的且预先建立的元件进行参数设置，以构建用于计算滤波器断路器开断容性负荷过电压的等效电路模型；其中，所述断路器模块中预先建立的元件包括若干个断口电阻和若干个断口并联电容，每一所述断口电阻的参数是根据断路器灭弧室的体绝缘电阻的阻值和断路器瓷套表面电阻的阻值配置的；通过所述等效电路模型进行滤波器断路器开断容性负荷过电压的仿真计算，以得到所述滤波器断路器开断容性负荷过电压，从而对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确计算。由于在等效电路模型构建的过程中，考虑到了断路器中灭弧室的体绝缘电阻、瓷套表面电阻和并联电容对滤波器断路器开断容性负荷过电压的影响，使得所述等效电路模型更准确，这样就能够对滤波器断路器开断容性负荷过电压进行准确仿真计算。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。