252kV GIS特快速暂态过电压和电流的影响因素分析

由于气体绝缘变电站(GIS)隔离开关操作而产生的快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO),具有高频率、上升时间短、高幅值等特点,对GIS本体及相邻设备有较大危害。文中在隔离开关测量系统的基础上,研究了变压器耦合电容和隔离开关分合闸速度对VFTO和快速暂态电流(very fast transient current,VFTC)的影响。当变压器耦合电容分别取300、800、1 100 p F时,试验结果得出VFTO和VFTC的幅值会随着耦合电容的升高而增大。测量了隔离开关在6种不同劲度系数弹簧下的分合闸速度,研究了隔离开关分合闸速度不同时对VFTO和VFTC的影响,得出当隔离开关速度越慢时,隔离开关产生的VFTO的幅值越高。在两种不同弹簧速度情况下,统计了特快速暂态电压和电流的频率、幅值和上升时间,并进行了分析。     

气体绝缘开关设备介质窗口式特快速暂态过电压测量用传感器研制

为克服现有窗口式特快速暂态过电压(VFTO)测量传感器安装时间较长、维护时需要气体绝缘开关设备(GIS)间隔停电等缺点,研制了1种介质窗口式VFTO测量系统,通过介质窗口实现了测量传感器与GIS内气体的隔离。探索了不同密封介质窗口材料对测量系统频带的影响,为了实现对VFTO工频分量的准确测量,优选聚四氟乙烯作为介质窗口绝缘介质板的材料。测量系统频率响应试验结果表明:介质窗口式VFTO测量系统高频截止频率175 MHz,低频截止频率10 Hz。此外,利用该种传感器在252 kV GIS回路对隔离开关操作产生的暂态过电压进行了数百次的分合闸测试,传感器的分压比保持恒定,验证了传感器长期测量的可靠性。     

特高压GIS特快速暂态过电压试验重复击穿过程研究

为深入研究重复击穿过程的发生规律,研究隔离开关特性对重复击穿过程的影响,改进隔离开关设计,完善特快速暂态过电压(VFTO)评估方法,采用1100 kV气体绝缘组合电器(GIS)试验回路,对GIS隔离开关分闸和合闸空载短母线所产生的触头间隙重复击穿和VFTO进行了试验研究.鉴于重复击穿过程的随机性,进行了约500次分合闸...     

252kV GIS特快速瞬态试验回路研究

为了研究VFTO的特性及开关速度影响,建立高频电弧模型,建立全过程仿真模型,并研究MOA对VFTO抑制作用,文中设计建立了一个综合性的252 k V GIS设备VFTO试验回路。首先研究设计了试验回路的接线形式、设备选型,并结合仿真计算确定了母线长度、耦合电容值,预估了VFTO、VFTC的频率范围;然后研制了VFTO、VFTC、实时开距等测量系统,并研制了屏蔽、同步触发装置;最后对试验回路进行了调试,试验回路能产生典型的VFTO、VFTC波形,能精确测量VFTO、VFTC、开关实时开距。隔离开关速度可以在0.02~0.1 m/s和0.7~3.5 m/s范围内调节。     

隔离开关动作过程特快速暂态电磁干扰变化特征及变化规律分析

隔离开关开合操作时产生的特快速暂态过电压/过电流可能会严重威胁电网的可靠性,但目前尚缺乏对隔离开关特快速暂态过程的电磁干扰变化特征及变化规律的研究。文中以隔离开关分合容性小电流试验的暂态电压、电流数据为基础,提取了对应的宏脉冲波形和单脉冲波形的特征数据,通过概率密度函数拟合以及样本累积经验分布的KS检验对暂态波形特征数据进行了全面的统计分析。结果表明,分、合闸操作的宏波形持续时间概率密度分别服从GEV、inverse Gaussian分布;VFTO、VFTC单脉冲的最大峰值分别为50 kV、370 A,上升时间分别在ns级和μs级,单脉冲间隔时间为ms级;分、合闸单脉冲次数呈现为正态分布。研究结果可为开关类强电磁骚扰标准试验源的研制及系统级电磁兼容试验标准的制定提供科学依据。     

断路器结构参数对GIS中特快速暂态过电压波形的影响

550 kV及以上电压等级的气体绝缘变电站(GIS)系统中一般采用双断口断路器,并装有均压电容.本文着重分析断路器均压电容、空载母线、接地开关状态等对GIS系统中特快速暂态过电压(VFTO)波形的影响.首先建立了考虑断路器结构的简化GIS分析模型,推导了系统中节点电压的频域解析解答,然后分析了断路器结构参数和接地开关状态对VFTO的影响.结果表明,随着断路器均压电容、对地电容变大以及断路器到隔离开关母线长度的增加,系统中VFTO主要频率变小,但各频率分量的幅值在不同节点处有不同的变化规律;空载母线末端VFTO幅值呈减小趋势,上升沿变平缓,变压器线圈处幅值变化比较小,上升沿陡度变化不大,但上升时间增大;接地开关断开时,断路器断口间电压较小,但断口对地可能产生过电压;接地开关闭合时,断口间和断口对地可能出现谐振过电压,在设计时应予以避免.     

气体绝缘开关设备的隔离开关分合操作对电子式互感器电磁兼容特性的影响

为深入研究气体绝缘开关设备(GIS)隔离开关分合操作对电子式互感器电磁兼容特性的影响,研究了隔离开关操作过程中电磁干扰信号对电子式互感器影响的大小与各种耦合途径,建立了基于500 kV GIS隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容试验系统。利用开发的试验系统,对500 kV GIS隔离开关操作产生的暂态过程进行实地测量,并对系统中接入的电子式互感器进行输出测试。试验系统获得了VFTO和VFTC的典型波形、隔离开关间隙的击穿电压特性和燃弧规律以及电子式互感器典型故障。结果表明:该试验回路产生的VFTC幅值最大值为826.8 A,上升速率约为6.51 kA/μs;VFTO最大过电压倍数为1.22,上升速率约为17.2 kV/μs;暂态测量结果与理论预期水平较相符,准确地反映了暂态过程的真实情况;电子式互感器IEC标准与现场电磁环境存在显著差异;针对电磁干扰的不同耦合途径提出的抗干扰措施,可有效提高电子式互感器电磁兼容水平。     

采用内置探头结构的1000kV特快速暂态过电压测量用窗口式传感器设计

现有的特快速暂态过电压(VFTO)窗口式传感器一般用绝缘膜制作低压臂电容,传感器的制作过程对手工工艺的依赖性很大,且温湿度的变化对绝缘膜有一定的影响,容易改变传感器的低压臂电容值。为此,研制了一种低压臂电容外置的新型窗口式传感器,通过使用高性能集中参数电容器代替传统的绝缘薄膜制作的电容,解决了温湿度变化对测量系统分压比的影响,提高了传感器的制作工艺水平。通过内置探头波阻抗匹配设计,防止了高频信号在传输过程中的畸变;通过采用电容并联设计及降低引线电感的方法,提高了传感器的测量频带。试验结果表明,这种新型传感器的低频截止频率<10Hz,高频截止频率>204 MHz,满足特快速暂态过电压测量的频带要求。利用该传感器在武汉1 000kV特高压交流试验基地对隔离开关操作所引发的特快速暂态过电压进行了数百次测量,验证了系统的长期测量可靠性。     

GIS隔离开关操作引起内外暂态现象之间关联性研究

为探究因隔离开关操作引起GIS内外暂态回路产生电磁暂态现象之间存在的关联性,以126 kV GIS变电站为研究对象,在等效建模分析GIS变电站回路和运用Mayr模型等效隔离开关的基础上,采用变比为1:1理想变压器建立126kV GIS内外暂态仿真计算回路,分析VFTO,VFTC和TEV的电磁暂态特性及相互之间的关联性存在差异的主要原因。结果表明GIS内部产生的VFTO和VFTC暂态特征基本相同,说明了GIS中隔离开关操作引起暂态现象的主要时间基本一致。GIS中VFTO,VFTC和TEV振荡发生最为强烈处,均在暂态产生的初始时刻,说明了一旦暂态现象产生,暂态现象在初始时刻最为强烈。     

基于广义S变换的特快速暂态过电压频谱特性及其影响因素分析

特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage, VFTO)波形具有非平稳性,傅里叶变换无法描述其频率分量随时间变化的局部特征,因此提出了基于广义 S 变换的VFTO频谱分析。以气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)试验回路实测VFTO典型波形为样本,用广义 S 变换对样本波形进行频谱分析,给出了各频率分量的幅值–时间曲线;通过对比研究了不同条件下实测波形的幅值–时间曲线,定性分析了击穿序数、分闸/合闸及隔离开关速度、不同位置、GIS回路参数、GIS回路结构等因素对VFTO频谱的影响。结果表明：VFTO频率成份丰富,频率分量的频率越高,其幅值衰减越快、持续时间越短;不同击穿序数的 VFTO 频率成份相同,各频率分量幅值不同;分闸/合闸及开关速度仅对VFTO各频率分量幅值有所影响,对频率成份无明显作用;不同位置 VFTO 的高频成份有所不同。     

快速暂态过电压的模拟及测量

设计了一套模拟快速暂态过电压的实验装置,模拟的快速暂态过电压的振荡频率可达10MHz.设计制作的测量系统能满足测量需要.     

变压器线圈中特快速暂态仿真的建模

电力系统特快速暂态过电压（ＶＦＴＯ）对变压器等电力设备的危害极大。本文提出的由互有耦合的分布参数电路与集总参数电路组成的混合电路模型可以有效地应用于分析变压器等电力设备内特快速暂态的响应以及线圈内的局部电磁振荡。这个模型还可以用于精确计算变压器的入端阻抗，与ＥＭＴＰ连接，可以更精确地分析电力系统、变电站和变压器内的电磁暂态。     

锥形绕组特快速暂态过电压分布研究

为了研究在陡波前、高重复频率的电压冲击下,脉冲变压器(PT)锥形绕组中的特快速暂态过电压(VFTO)分布特性,建立了基于多导体传输线(MTL)理论的PT二次绕组分布参数模型;利用锥形绕组结构上的特性,提出一种有限元法(FEM)和插值公式相结合的方法以快速计算锥形绕组的感应系数矩阵K;通过求解频域下的电报方程可得到绕组的对地电压分布以及匝间电压分布;进行了绕组暂态电压的测量,从实验结果可以看出电压分布的一定规律,并分析了造成计算与实验结果间误差的原因;结合实验提出一种改善电压分布的措施,对大功率PT二次绕组的绝缘设计有一定的参考意义。     

550kVGIS中VFTO的仿真研究

随着组合式封闭电器(Gas Insulated Switchgear)的广泛应用,快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage)对设备造成的危害得到普遍关注。本文针对某550kV GIS系统,利用EMTP计算了不同的开关操作方式对VFTO的影响,计算结果表明分闸操作比合闸操作的过电压情况更严重,且各方式下VFTO幅值基本在操作开关附近最大。另外,主变上的过电压值较小,不超过1.3p.u,对主绝缘影响不大,但因累积效应,危害也很大。     

快速暂态过电压对断路器中并联电容的影响

某550kVGIS中由于隔离开关操作故障,引起了断路器并联电容器爆炸。为找出该事故的原因,利用Fortran语言和MATLAB软件详细计算该电站GIS内部的快速暂态过电压(VFTO),分析了VFTO对断路器中并联电容的危害,并讨论了断路器中合闸电阻对VFTO的影响。结果表明,VFTO在双断口断路器的两个并联电容上的幅值有差异,并且在隔离开关操作过程中,并联电容上受到了热击穿的威胁,这也是造成此次事故的主要原因。同时研究结果还表明断路器中的合闸电阻可以抑制VFTO的幅值,缩小VFTO的频率范围。     

500kV GIS开关站快速暂态过电压计算及对主变的影响

采用电磁暂态仿真软件EMTP程序仿真计算了福清核电500 kV GIS开关站隔离开关操作时产生的快速暂态过电压。重点计算分析了VFTO对主变绝缘的影响,结果表明,500 kV充油电缆对VFTO的传播具有抑制作用,降低了对主变的影响。并指出安装发电机出口断路器后,采用合理的操作方式,能有效地消除投切主变时产生的VFTO危害。     

550kV全封闭组合电器快速暂态过电压影响因素分析

分析了550kV全封闭组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关(disconnector,DS)操作时产生快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的影响因素,提出了抑制GIS系统中VFTO的方法。以董箐水电站为研究背景,根据550kVGIS结构及运行特点,在计算了隔离开关7种操作方式下VFTO的基础上,分析了VFTO对变压器绝缘的危害与对避雷器计数器的影响以及残余电荷电压和合闸电阻对VFTO幅值与频率的影响。针对在建的特高压输变电系统,提出了抑制VFTO的措施,可为特高压GIS设备的生产与运行提供参考。     

GIS中金属氧化物避雷器对特快速暂态过电压的影响

气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)内部隔离开关切合空载短母线时产生的特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)对电气设备构成严重的威胁。金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)作为GIS中重要的保护设备之一,目前在VFTO计算中普遍采用对地电容模型或者非线性电阻模型,这忽略了VFTO暂态特性对MOA晶界层极化过程的影响。为此,结合MOA阀片的微观结构,通过分析交变电场下电介质的极化特性及其电流响应,提出了MOA暂态电路模型。以国内某550kV变电站为背景,采用EMTP软件对GIS中的VFTO进行了计算,分析了不同MOA模型下VFTO的差异,研究了MOA对VFTO波形、幅值和波前陡度的影响。结果表明,MOA暂态模型能很好地反映MOA在VFTO作用下的极化现象;MOA对VFTO有一定的抑制作用,它能使VFTO波形衰减,在一定程度上降低VFTO的幅值,并减缓VFTO的波前陡度。     

2.5MV特快速瞬态过电压发生器

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）以其占地面积少、密封性好,受环境影响小,运行可靠、维修周期长等优点在中国电网中得到了广泛应用。在330kV以上电压等级的系统中,开关动作产生的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）对系统有很大危害。为满足特高压GIS中VFTO的模拟,利用6MV敞开式冲击电压发生器与陡化装置结合的方法,研制出一种模拟VFTO产生的装置。通过增加GIS母线长度来补偿回路固有电感的影响,以及通过控制陡化间隙的击穿电压来控制输出电压幅值,使该装置可以输出幅值为2.5MV、高频振荡达到35 MHz的电压波,能够满足特高压试验对VFTO模拟的要求。采用外加积分器方式,制作了一种锥形电容传感器来测量该装置产生的电压波,测试结果表明该电容传感器可以满足试验的要求。     

用于特快速暂态仿真的大型电力变压器线圈频域分段建模

针对超高压和特高压电力变压器特快速暂态仿真的需要以及以线匝为单元的多传输线模型难以用于完整绕组的建模、在单一模型中难以在近10MHz频率范围内确定频率依赖参数的问题,提出了一种频域分段建模的方法。在低于4MHz频率范围内采用新型的集总参数RLC电路模型,在高于4MHz频率范围内采用无损多传输线(multitransmission line,MTL)电路模型进行建模,在保证求解准确度的基础上,比单纯采用MTL模型有效降低了求解的复杂度,因而可用于具有大量线匝的绕组的建模。在分段模型中,频率依赖的损耗参数和电感参数可以分别考虑,避免了在单一模型中确定这些参数的困难;同时,在所关心的10MHz以下频率范围内以100kHz,4MHz为2个分界点,从低频到高频分别采用1,10和50kHz3种分辨率求解频域方程,既提高了低频段求解精度,又减少了高频段计算时间。理论分析和实例仿真表明该方法适用于大型电力变压器特快速暂态仿真。