12kV真空断路器开断并联电抗器过电压抑制

为探明低电压等级真空电路器开断并联电抗器过电压的产生机理,分析了真空断路器开断电抗器的研究现状,经过理论分析和仿真研究,并对挂网运行的某12kV真空断路器开断并联电抗器进行了多次试验研究,利用ATP-EMTP搭建基于电弧重燃特性的真空断路器模块,并搭建真空断路器开断并联电抗器三相仿真模型。仿真结果和现场试验结果基本一致,得出:12kV真空断路器开断并联电抗器时,首开相重燃并产生高频电流,经三相间耦合导致后开相也产生高频电流,但并未导致后开相高频截流。首开相重燃造成电抗器侧首开相产生严重过电压,达到60kV(7.0 p.u),后开两相未发生重燃,过电压幅值较小。最后,提出基于相控断路器开断电抗器,可有效降低过电压幅值,避免或减小断路器重燃几率。     

真空断路器投切并联电抗器过电压故障分析

文中以某220 kV变电站20 kV系统侧由真空断路器开断并联电抗器过电压引发的事故进行了分析。基于电路理论阐述了真空断路器投切并联电抗器过程中的截流、复燃、多次重燃过电压产生的机理,运用PSCAD建立了20 kV系统电磁暂态仿真模型,对不同截流值、不同并联电容下系统母线侧与电抗器侧的过电压进行了计算。结果表明常规氧化锌避雷器只能限制过电压幅值,不能改变频率和陡度,且现有避雷器均为相对地避雷器,不能有效地抑制相间过电压;电抗器两端加装并联电容器(或阻容吸收装置)可降低过电压幅值和陡度,能较好地抑制真空断路器投切电抗器过电压。     

考虑真空断路器重燃特性的海上风电场分闸过电压研究

为了研究真空断路器操作对海上风电场机端变压器高压侧产生的高频暂态过电压特性的影响,搭建了简化的海上风电场中压电缆集电测试系统实验平台,并且依据实验结果建立真空断路器重燃模型、变压器高频模型和金属氧化锌避雷器频率依赖模型。基于自定义的高频模型,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建海上风电场中压集电系统,研究断路器正常分闸和故障分闸对暂态过电压幅值和陡度以及重燃总次数的影响,并且提出在塔底真空断路器和80 m电缆连接处串联扼流线圈和并联小电容的过电压保护装置。仿真结果表明塔真空断路器故障性分闸产生的过电压、重燃总次数最严重,过电压幅值最大为2.95 p.u.,陡度最大为268.67k V/μs,重燃总次数最多达161次,加装过电压保护装置后暂态过电压幅值和陡度以及重燃总次数得到了明显的抑制。     

真空断路器开断35kV并联电抗器的三相建模仿真与过电压抑制研究

为探究真空断路器开断35 kV并联电抗器时过电压产生机理和改进现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究现状,基于ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,利用Fortran语言在MODELS模块中编写控制程序,建立40.5 kV真空断路器开断时电弧重燃三相模型,搭建了真空断路器开断35 kV并联电抗器三相仿真电路并考虑了断路器、三芯电缆三相间的寄生参数。在研究回路无任何保护情况下,断路器负载侧相间电压达到235 kV(7.1 p.u.),对地电压达到145 kV(4.4 p.u.)。仿真结果表明:三相多次重燃和"虚拟截流"现象是此类事故的主要原因。最后提出几点抑制开断并联电抗器时产生过电压的措施。     

真空断路器开断35 kV并联电抗器过电压及防护方案分析

开断35 kV并联电抗器时频繁出现操作过电压事故,主要原因是真空断路器在开断过程中的截流和多次重燃效应。为有效避免此类事故的发生,分析了截流、重燃和三相同时开断过电压的机理,采用ATP-EMTP建立了开断35 kV并联电抗器的电磁暂态模型。仿真结果表明,避雷器只能对过电压幅值进行限制,不能改变过电压的振荡频率,RC阻容吸收器能够改变高频振荡回路,降低过电压波头陡度和振荡频率,抑制真空断路器截流和多次重燃的发生。目前在35 kV母线和并抗侧安装三相星形避雷器的防护方案无法有效限制相间过电压,三相组合式避雷器能够对相间过电压起到限制作用,RC阻容吸收器的限制效果更好。针对该220 kV变电站,推荐在变电站35 kV母线侧安装三相组合式避雷器,在并联电抗器侧安装三相组合式避雷器或RC阻容吸收器。     

40.5kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法

40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器时,极易出现截流和电弧复燃,由此产生的重燃过电压会危害系统设备绝缘,危及电网安全稳定运行。为分析重燃过电压的特性及危害,文中考虑分闸过程中真空断路器触头之间的燃弧特性,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC构建了准确的真空断路器的三相分闸重燃模型及开断并联电抗器的220 kV变电站系统仿真模型,分析了真空断路器分闸初相角和介质绝缘恢复速度对重燃过电压的影响。文中提出了避雷器和阻容吸收器、以及避雷器和铁氧体磁环两种过电压协同防护方案,与避雷器、阻容吸收器和铁氧体磁环单独使用时对重燃过电压的抑制效果进行了对比,并分析了不同安装位置下的抑制效果,验证了文中所提出的避雷器和阻容吸收器以及避雷器和铁氧体磁环两种协同防护重燃过电压方案的有效性。文中的研究成果为并联电抗器的投切和抑制方面的实际应用提供了理论支撑。     

云广±800 kV直流工程孤岛运行过电压水平研究

孤岛运行作为云广特高压直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效地提高南方电网的稳定水平,但必须以解决过电压问题为前提。基于一次设备实测参数和实际的控制保护系统,对云广特高压直流孤岛方式下的过电压水平进行了计算,结果表明：各种故障工况下操作过电压水平均满足规程要求,最大仅为1.71 p.u.;交流滤波器/电容器组断路器断口暂态恢复电压最大值不超过1 300 kV。各种工况下的暂时过电压水平较高,最高达1.66 p.u.,但持续时间短;除了双极ESOF时避雷器最大吸收能量较大外,其他故障工况下避雷器最大吸收能量为3 895 kJ,占标称设计值的43.8%,裕度较大。因此,孤岛运行方式下设备的过电压水平、避雷器能耗以及大组滤波器开关断口暂态恢复电压均满足要求。     

±800 kV糯扎渡直流输电工程孤岛运行过电压水平

孤岛运行作为±800 kV糯扎渡直流输电工程设计运行方式之一,能够提高系统的稳定水平,但必须以解决过电压问题为前提。对糯扎渡直流工程孤岛方式下的过电压水平进行了计算,结果表明:各种故障工况下操作过电压水平均满足规程要求,最大仅为1.62 p.u.;交流滤波器-电容器断路器断口暂态恢复电压最大值不超过1 305 kV,可选择双断口断路器;靠直流站控分时切除滤波器-电容器功能,各种工况下的最大工频暂态过电压达1.39 p.u.,此值较大但持续时间不超过500 ms,在设备可耐受能力之内;A型避雷器最大吸收能量99 kJ,占标称设计值的2.2%。因此,糯扎渡直流输电工程孤岛运行方式下的过电压水平在完全可控范围之内。     

取消750 kV断路器合闸电阻的可行性研究

取消750 kV线路断路器合闸电阻可节省费用,提高断路器运行可靠性。笔者以即将建设的兰州东-银川东750 kV输电线路工程为背景,结合国外对取消合闸电阻的研究,利用电磁暂态计算程序(ATP/EMTP)计算装设1组避雷器和断路器合闸电阻时,线路三相合空线、单相自动重合闸统计操作过电压水平。计算表明,在首末端装设1组避雷器时,三相合空线、单相自动重合闸统计操作过电压最大值分别为2.38 p.u.和2.57 p.u.,在线路线路长度较短时,两端装设避雷器的方法可以将上述两种统计操作过电压抑制到1.80 p.u.以下,可见在线路较短时取消合闸电阻成为可能。     

昭通—从化直流输电工程孤岛运行时换流站交流过电压水平研究

孤岛运行作为昭通—从化±500 kV同塔双回直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效地提高南方电网的稳定水平,但必须以解决换流站交流过电压问题为前提。对该工程孤岛方式下的交流过电压水平进行了计算,结果表明:换流母线最大操作过电压水平为1.68 p.u.,满足规程要求;暂时过电压水平最高达1.49 p.u.,采取措施后其持续时间短,满足设备要求;小组交流滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压最大值不超过1 329 kV;考虑发生概率很小的双回直流双极ESOF这一苛刻工况,A型避雷器最大吸收能量为3 617 kJ,裕度39.7%。因此,孤岛运行方式下设备的过电压水平、避雷器能耗以及小组滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压均满足要求。     

220 kV输电线路终端避雷器对断路器断口保护效果的研究

在220 kV输电线路加装线路型终端避雷器后,变电站220 kV线路断路器断口击穿事件仍时有发生。本文对220 kV断路器断口击穿事件进行了详细分析,并运用雷电波陡度理论,推导出线路型和变电站型避雷器与断路器断口间允许电气距离的计算公式。当雷击某220 kV输电线路时,通过计算得到以下两个结论:1)采用线路型终端避雷器时该线路断路器断口处的过电压值比采用变电站型终端避雷器的情况要高70%;2)采用线路型终端避雷器时的该线路断路器断口处耐压值仅为其过电压值的0.92倍,采用变电站型终端避雷器时的该线路断路器断口处耐压值是其过电压值的1.56倍。这说明加装线路型终端避雷器对断路器断口其实没有起到有效保护的作用,而加装变电站型终端避雷器则可以有效地保护断口。本文为有关反事故措施整改和技术标准条款的修订提供了依据。     

无功补偿装置断路器重燃过电压分析及其保护措施

针对35kV真空断路器开断无功补偿装置时发生重燃的实际情况,分析了其电弧重燃产生过电压的机理。根据国内现行的相关标准,提出了在电容器组电源侧加装氧化锌避雷器MOA的保护措施,并应用ATP软件对实施保护前后的过电压值进行了仿真计算,结果表明此措施达到了良好的限压效果。     

真空断路器开断并联电抗器过电压试验研究

针对国内35kV与20kV系统真空断路器开断并联电抗器系统事故多发情况,开展35kV系统工况下的现场试验,分析了开断后的暂态过程及过电压的机理,并在实验室进行了20kV系统真空断路器在额定电流下投切电抗器的截流试验,研究截流值和过电压规律。结果表明:截流过电压幅值远小于重燃过电压,多次重燃过电压是真空断路器开断并联电抗器频繁出现高过电压的主要原因;在系统典型额定工况下,300A负载电流下的截流值比100A负载电流下小,真空断路器的截流值随着开断电流的增大而减小的理论在系统额定电流下同样成立。     

对1000kV电网操作过电压及相位控制高压断路器的讨论

根据500kV及750kV电网操作过电压的数据以及1000kV电网应有的过电压水平,指出了对于1000kV电网断路器关合开断可能引起的多种操作过电压(如开断并联电抗器及开断中小短路电流的的重燃过电压等)必须给予重视.近年来国外用以抑制操作过电压的装置除并联电阻的高压断路器及氧化锌避雷器以外,相位控制高压断路器日益得以广泛应用.文章介绍了国外相控高压断路器的应用情况,总结了相控高压断路器的关键技术,并对将其应用于我国1000kV电网提出了几点建议.     

750 kV系统线路侧断路器取消合闸电阻可行性研究

以榆横—延安750 k V架空输电线路为工程背景,研究取消线路侧断路器合闸电阻的可行性。根据2014年的实际运行数据建立了系统不同运行方式下的ATP-EMTP仿真计算模型,并进行了多种运行方式下不同避雷器配置下的合空线和不同故障状态下的单相重合闸操作。计算结果表明:在80%高抗补偿下仅加装合闸电阻就可将合空线操作及成功重合闸操作时沿线最大2%操作过电压降低到1.8 p.u.以下;在80%高抗补偿下仅采用避雷器配置时,合空线操作、Ⅱ回线路停运两端不接地时成功重合闸操作和无功送端带有永久接地故障不成功重合闸时沿线最大2%操作过电压仍会超过1.8 p.u.;在80%高抗补偿下加装合闸电阻且线路两端配备648MOA时,对于合空线操作、成功重合闸操作和线路中点带有永久接地故障不成功重合闸时可将沿线最大2%操作过电压降至1.8 p.u.以下。因此,为适应系统各种操作方式线路侧断路器合闸电阻不能取消。     

电抗器过电压吸收装置应用分析

针对变电站电抗器投切过程中易产生过电压,导致真空断路器爆炸、烧毁等问题,分析了投切电抗器时过电压产生的机理及常规治理措施的不足。提出通过在电抗器加装过电压吸收装置,达到限制过电压水平、减少过电压对真空断路器冲击的目的。在锡林郭勒电业局220 kV高力罕变电站串联电抗器及220 kV玉龙变电站并联电抗器加装过电压吸收装置后,有效降低了电抗器投切时的过电压水平。     

真空断路器开断并联电抗器过电压抑制措施

真空断路器开断并联电抗器过程中,因截流、重燃会出现幅值、频率极高的过电压。为真实地再现分闸过电压,依托重庆云阳站现场实测的断路器电压、电流数据,同时考虑了截流值、介质动态绝缘强度和高频熄弧能力3个因素,在ATP-EMTP中搭建了更加精确的真空断路器电弧重燃模型,并以此为基础讨论合理的抑制措施。仿真中采用了避雷器、阻容吸收器和延长电缆3种过电压抑制措施。仿真结果表明,电缆长度对过电压抑制效果并不显著,避雷器与阻容吸收器的型号、安装数量和位置对抑制效果存在影响。结合仿真与实际,最后提出最佳抑制方案,即在站用变和电抗器处电缆末端均安装伏安特性曲线较低的避雷器,可以将两处最大分闸过电压分别限制在3.44 pu和3.67pu。     

真空断路器投切并联电抗器试验研究

为探明真空断路器投切并联电抗器时产生过电压的情况，并比较保护措施的效果，在运行电网上，对10kV真空断路器投切并联电抗器的实际运行进行了试验，在理论上进行了定性分析。证实：真空断路器投切电抗器时，将产生较高的过电压。为限制过电压，除按目前通行的措施安装氧化锌避雷器保护外，加装阻容吸收保护装置将更为有效。最后建议盘、柜制造厂宜生产投切并联电抗器专用的真空断路器柜，以备电力用户选用。     

500kV GIS变电站雷电侵入波过电压分析研究

500 kV变电站在发生雷电侵入过电压时,雷电波将沿线路传入变电站,严重影响设备的绝缘水平.对金属氧化锌避雷器(MOA)的工作原理、特性以及建模进行了分析,以某500 kV GIS变电站为对象,利用ATP-EMTP(电磁暂态程序)对雷击侵入波过电压进行了仿真研究.计算了变电站进线落雷时GIS内部断路器、隔离开关、电压互感器、电抗器及出线套管和变压器上的雷电过电压,比较了MOA在不同位置和运行方式下的雷电过电压,分析了MOA的防雷效果.结果表明,雷击于#2和#3杆塔时站内电气设备上的过电压幅值最高可达1689.3 kV,通过合理位置加装MOA,过电压幅值降至625.2 kV.     

800kV断路器切并联电抗器试验分析

在超高压电网中,通常采用并联电抗器进行无功补偿限制工频电压升高。断路器开合并联电抗器时电流很小,主要考核其耐受过电压的能力。在分析800 k V断路器切除并联电抗器过程中截波过电压和重燃过电压产生原理的基础上,通过计算得出800 k V断路器切除并联电抗器时最高会产生约3倍的过电压。最后经过试验验证,某公司生产的800 kV断路器切除并联电抗器时的过电压在2.02~2.84倍之间,且在额定油压和额定气压下进行切除并联电抗器试验相对容易。