特高压系统中的短路电流直流分量与零点漂移

结合1000 kV特高压试验示范工程及规划的中国特高压电网,研究了交流1100 kV断路器瞬态问题中的短路电流直流分量衰减时间常数及交流电流过零点的漂移现象,在此基础上提出了我国交流1100 kV特高压断路器的工作条件建议,如特髙压断路器试验的短路电流直流分量衰减的时间常数等。     

基于MATLAB的特高压断路器瞬态恢复电压研究

瞬态恢复电压(TRV)是断路器开断的重要参数,同时也是引起断路器故障的主要原因之一,特高压的电压等级较高,使得TRV更加严重,应该进行认真研究。依据瞬态恢复电压的研究现状,使用MATLAB/Simulink建立一条特高压交流输电线路模型,在不同位置设置不同的故障类型,仿真结果表明在断路器端部发生三相短路时的TRV峰值最大,并给出断路器端部发生三相短路时的TRV波形和短路电流波形。在断路器端部发生三相短路故障时,产生的TRV最严重,其幅值和上升率均超过IEC和国家标准标准值,严重考验着断路器的开断能力和抗压能力。给出了相应的抑制断路器TRV的措施。     

1000kV特高压断路器的瞬态恢复电压

为了合理地确定特高压断路器瞬态恢复电压(TRV)的试验参数,依托淮南-皖南-浙北-沪西1000kV同塔双回线路输电工程,研究由特高压系统回路特性产生的特高压断路器预期瞬态恢复电压。采用EMTP模拟计算方法,统计分析了变压器限制的短路故障(TLF)、断路器端部故障(BTF)和失步开断下的瞬态恢复电压,提出了以下建议:将DL/T402-2007中特高压断路器T10和T30规定的恢复电压上升率(RRRV)值由7kV/μs和5kV/μs分别提高至10kV/μs和7kV/μs;此工程失步解列点可指定在皖南站。比较了断路器装分闸电阻的优缺点,建议此工程可不装分闸电阻。这些建议均被同塔双回线路输电工程采用。     

特高压GIL接入对断路器瞬态恢复电压的影响

特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的接入对断路器瞬态恢复电压(TRV)幅值和瞬态恢复电压上升率(RRRV)均会产生影响,可能危及断路器开断能力。文中基于同塔双回特高压交流架空线-双回GIL混合输电线路,利用EMTP-ATP仿真研究变电站内断路器端部发生三相短路故障时,GIL长度、接入位置与GIL引接站测量设备对断路器TRV幅值和RRRV的影响。仿真结果表明,GIL的接入对断路器TRV幅值和RRRV有较大影响;GIL长度增加对TRV幅值产生较大影响,但对RRRV影响较小;为了限制RRRV,应将GIL安装在架空线中段,且应安装金属氧化物避雷器 (MOV)限制TRV幅值;GIL引接站测量设备对断路器TRV幅值和RRRV影响均较小。文中研究成果可为含GIL的特高压线路中断路器的TRV计算及参数设计提供参考。     

SF6断路器重合闸后开断瞬态恢复电压的研究

针对高压断路器重合闸于故障状态后的开断过程,依托特高压交流输电系统,对断路器重合闸后二次开断瞬态恢复电压(TRV)进行了研究.首先对重合闸前后两次开断暂态过程进行理论分析,再根据流注理论气体临界击穿判据及不同开距下的断路器电场分布,建立合闸预击穿电弧模型,并利用电磁暂态仿真程序ATP/EMTP,计算了故障后第一次开断及重合闸后二次开断TRV,同时研究了重合闸相角和故障类型及位置对TRV的影响.研究结果表明,重合闸后二次开断TRV峰值及上升陡度(RRRV)均高于第一次开断,开断难度增大;对于近区单相接地故障,重合闸相角为60°时,RRRV达到2.81 kV/μs(标准3 kV/μs);需要加以限制.     

330kV断路器瞬态恢复电压的研究

本文研究我国330kV电网瞬态恢复电压(TRV)参数,用EMTP程序对我国1990年规划的西北330kV电网进行研究,获得我国330kV电网首批固有TRV参数,并研究西北330kV电网可能出现最荷刻TRV参数的网络结构及运行方式。研究结果表明:在我国330kV电网运行的断路器可按IEC标准进行试验。我国330kV电网固有TRV参数不超过IEC标准。     

特高压交流输电线路加装串联补偿装置后断路器开断暂态恢复电压特性分析

特高压(UHV)线路加装串补后,由于电容器残压的作用,断路器清除线路故障时的暂态恢复电压(TRV)特性发生变化。为此采用电磁暂态程序EMTP对中国多个特高压串补工程的断路器TRV特性及其影响因素进行仿真研究,并对各种TRV抑制措施的效果进行分析。研究表明,如不采取措施,部分UHV串补线路断路器清除单相故障时的TRV峰值的标幺值可能>2.7(其基准值为(1 100×槡2/槡3)kV),目前相关标准要求无法涵盖;而清除多相故障时的TRV更加突出,可能导致清除故障失败甚至断路器损坏。快速联动旁路串补可降低TRV,实施容易,而降低串补度等TRV抑制措施则存在一定不足。提高断路器开断TRV能力和试验参数也是解决TRV问题超标的有效措施之一,建议进一步开展相关研究。     

带分闸电阻断路器开断失步故障分析与研究

对带分闸电阻的1100kV断路器的失步故障开断的过程进行研究。由于分闸电阻的存在，在开断过程中不可避免的改变了回路的特性参数，使得主辅断口承受了不同的瞬态恢复电压（TRV），通过等效模拟电路建立数学模型进行分析计算及PSCAD程序仿真，并同实际电网参数的模拟计算进行比较，结果表明：如果电网的实际参数较标准参数而言，在失...     

特高压半波长交流输电系统断路器瞬态恢复电压特性研究

半波长输电线路特性与常规线路不同,在线路发生短路故障时,其断路器开断瞬态恢复电压(TRV)特性与常规线路有很大差别。为此,建立了特高压半波长交流输电系统仿真模型,研究了半波长线路在不同位置发生短路故障时,断路器开断的短路电流及TRV特性,分析了相关影响因素;研究了抑制半波长线路断路器TRV的措施。研究结果表明,半波长线路断路器开断短路电流特性和TRV特性受故障点位置影响较大,在距断路器2 500~3 000 km的远端发生接地故障时,断路器开断短路电流水平较高,可能超过断路器出口故障时的短路电流水平,断路器开断远端故障时的TRV的峰值和上升率均较高,超过了现有标准中断路器试验允许值。半波长线路沿线装设金属氧化物避雷器(MOA)后,MOA抑制了接地故障时的过电压,有助于降低TRV水平,但在部分位置故障时TRV仍然超过了允许值。采用沿线装设MOA和断路器装设分闸电阻的措施后,可以将特高压半波长线路断路器TRV限制在现有标准范围内。     

断路器合成试验瞬态恢复电压调节线路的确定

为满足IEC62271-100:2001和GB1984-2003《高压交流断路器》的新要求,研究了高压交流断路器合成试验瞬态恢复电压(TRV)调节线路。分析国内外合成试验时所用各种TRV调节线路后设计了一种便于大功率试验站合成试验室实施的调节线路。计算了试验电压126kV等级,试验电流40、31.5、25kA的开断电流100%(T100)和60%(T60)、近区故障、失步开断共12个试验方式的TRV调节线路参数。利用ATP软件仿真了所设计的合成试验TRV调节线路的波形,并且用低压模拟的方法进行了验证,得出了实际试验运行时采用的TRV调节线路参数,满足了新标准要求。研究对象为仅由回路参数决定的TRV,即“预期TRV”。因新的IEC标准及GB中对TRV的要求变化主要为用四参数表示的标准值,故仅研究四参数TRV调节线路。对于试验方式T30、T10(126kV等级),该TRV调节线路可以很方便改接为两参数调频回路。     

Development of 1100 kV gas circuit breakers —Background,specifications, and duties—

In Japan, for the UHV AC transmission system, 1100 kV, 50 kA two-breaks gas circuit breakers (GCBs) were developed. They apply a resistance closing and opening scheme to suppress switching overvoltages that dominate the tower size of transmission lines. To secure high reliability and economy, specifications for the interruption duties were determined by detailed system analyses considering the phenomena arising from the inherent characteristics of UHV systems. The transient recovery voltage (TRV) duties were specified based on the resistance interruption and high-performance metal oxide surge arresters (MOSAs) arrangement, both of which effectively relax the TRV. Developed GCBs were subjected to various verification tests, and their long-term reliability and performance have been confirmed by the field testing since 1996 at the UHV Test Station of Tokyo Electric Power Company (TEPCO). Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

不同故障下串联谐振式FCL对高压断路器恢复电压的影响

为了使串联谐振式故障电流限制器(series resonance type fault current limiter,SRFCL)能在超高压电网中投入实际应用,采用电磁暂态仿真计算软件ATP-EMTP,研究分析了500 kV电网中在母联处加入串联谐振式FCL对高压断路器在开断不同短路故障时恢复电压的影响。计算结果表明:加入串联谐振式FCL后,当断路器开断出线端短路故障时,恢复电压上升率提高了18%,第一参考电压提高了2.6%。当开断近区故障时,90%额定短路电流和75%额定短路电流条件下,恢复电压起始部分的上升率分别下降了19.26%和25.6%,峰值分别下降了11.05%和15.73%。当开断母线短路故障时,串联谐振式FCL对母联上断路器恢复电压的上升率有显著的影响,加入之后恢复电压上升率比加入之前提高了13.1倍,第一参考电压提高了78.5%。在母线出现短路情况下,恢复电压上升率与第一参考电压的大幅提高将严重影响断路器的开断,在串联谐振式FCL的应用过程中需要加以考虑和解决。     

一种新的特高压断路器合成试验回路

特高压断路器试验方法的研究是特高压输电工程发展的基础。该文根据合成试验回路的基本原理，提出了一种新的适用于特高压断路器大容量试验的新型合成试验回路。给出了该试验回路的详细拓扑结构，介绍了回路的工作原理。根据描述开断电弧特性的麦依尔(Mayr)方程，建立参数化的PSCAD电弧电阻模型。在此基础上，对回路的开断试验过程进行仿真，得到了T100试验时的电流电压波形。对暂态恢复电压、电流过零前的变化率等进行分析，并与ABB的增强型并联引入回路(EPIC回路)和IEC试验标准进行比较。结果表明，该回路可以满足特高压断路器的开断试验要求，并具有足够高的试验等价性。     

1000kV交流断路器开断电流的直流分量时间常数和零偏现象

为了确定特高压断路器短路开断电流的试验直流分量时间常数,依托本期和远期1000kV晋东南-南阳-荆门示范工程,采用EMTP程序模拟计算方法,研究了影响示范工程断路器直流分量衰减时间常数和零偏现象的因素;提出了将模拟计算的直流时间常数折算至断路器试验值的计算公式;统计分析出远期示范工程三相短路直流分量时间常数折算后最长为112ms,因此建议我国特高压断路器直流分量衰减时间常数可选120ms,并得到示范工程采用。特高压断路器开断时间内电流产生零偏现象有接地短路故障、合空线、并网前单相接地和合空变4种工况,这4种工况都不会损坏断路器,可不采取装分闸电阻的应对措施。     

特高压换流站800 kV交流滤波器小组断路器容性恢复电压仿真

特高压直流直接接入交流750 kV电网,对投切交流滤波器小组的断路器的耐压能力提出了严苛的要求,因此需要研究断路器的容性恢复电压水平。分析了交流滤波器小组断路器面临的各种交流故障工况,通过PSCAD软件建立了容性恢复电压的仿真计算模型,并以灵绍特高压直流工程为例计算得出了800 kV交流滤波器小组断路器的容性恢复电压最大值。仿真结果表明交流滤波器小组断路器的容性恢复电压由交流系统的短路水平和交流侧绝缘水平的影响决定,而且容性恢复电压超过了现有标准的要求,需研制适应工程需求的新型断路器。     

Transient recovery voltage considerations in the application ofmedium-voltage circuit breakers

Medium-voltage circuit breakers can fail to interrupt three-phase fault currents when power systems have transient recovery voltage (TRV) characteristics which exceed the rating of the circuit breaker. This paper examines the application of 13.8-kV generation and load switchgear for an oil refinery in which circuit parameters as originally designed would have exceeded the 13.8-kV circuit breakers' TRV ratings had corrective measures not been taken. This paper illustrates this case and discusses the basis of TRV, how TRV is assessed, and alternative actions taken to bring circuits to within the 13.8-kV circuit breaker ratings     

500kV线路安装串联电抗器后断路器TRV分析

500kV输电线路安装串联电抗器后,断路器开断短路电流时产生的暂态恢复电压（TRV）较高,可能会导致断路器重燃而无法正常开断。文中以江苏500kV电网为对象,建立了断路器TRV仿真计算模型,研究石牌-常熟南线安装串抗后,出现单相接地故障时断路器的TRV,分析断路器断口两端的TRV是否满足超出了其绝缘水平,提出了相应的抑制措施,并通过仿真计算验证了措施的有效性。计算结果表明,石牌侧安装串抗后,其断路器TRV不符合标准要求,可在串抗两端并联35 n F以上的电容器有效抑制TRV的上升率。文中成果可为串抗及TRV防护措施在工程中的实际应用提供理论参考。     

Extending the Application Field of Vacuum Circuit Breakers to Generators for Capacities up to 400 MW

The progress that has been achieved in the development and manufacture of vacuum circuit breakers opens the possibility of using them for a wider range of applications at power plants, including as generator circuit breakers. Such characteristics of modern vacuum circuit breakers as increased breaking capacity and high switching life are factors that make them closer in competitiveness to SF6 circuit breakers for generators with capacities up to 400 MW. The article considers problem aspects relating to clearing of short-circuit faults in the generator voltage circuits and interruption of out-of-phase making currents and no-load currents of generator transformers. Conditions leading to a longer period of time to the moment at which the switched current crosses zero are considered. It is pointed out that, unlike the IEC/IEEE Standard 62271-37-013, GOST (State Standard) R 52565-2006 does not specify the requirements for generator circuit breakers in full. The article gives the voltage drop values across the arc for different design versions of vacuum circuit breaker contacts and shows the effect the arc in a vacuum circuit breaker has on the time delay to the moment at which the current crosses zero. The standardized parameters of transient recovery voltage across the generator circuit breaker contacts are estimated along with the contact gap electric strength recovery rates ensured by modern arc quenching chambers. The switching overvoltages arising when vacuum circuit breakers interrupt short-circuit currents and no-load currents of generator transformers are analyzed. The article considers the most probable factors causing the occurrence of switching overvoltages, including current chopping, repeated breakdowns of the circuit breaker contact gap, and virtual current chopping. It is found that, unlike repeated breakdowns and virtual current chopping, an actual current chopping does not give rise to dangerous switching overvoltages. The article also determines the vacuum circuit breaker application field boundaries in which dangerous switching overvoltages may occur that would require additional measures for limiting them.