快速接地开关对交流特高压同塔双回输电线路潜供电弧的限制

以浙北—上海交流特高压同塔双回输电线路为例,计算了线路发生单相接地故障及双回同名故障后的潜供电流和恢复电压,分析了快速接地开关(high speed grounding switch,HSGS)对潜供电弧的限制效果,研究了HSGS的接地电阻对潜供电弧限制效果的影响。仿真结果表明:HSGS可以快速熄灭交流特高压同塔双回线路的潜供电弧,保证单相自动重合闸的成功率。     

快速接地开关熄灭同杆双回输电线路潜供电弧的研究

由于同杆双回线间较强的耦合作用,造成潜供电弧不易自熄,影响了单相自动重合闸的成功率,必须采取措施熄灭潜供电弧.在分析了各种熄弧措施的特点后,提出采用快速接地开关(HSGS)熄灭同杆双回线的潜供电弧.利用相模变换的方法和EMTP计算了采用HSGS后线路的潜供电流和恢复电压,结果表明HSGS用于同杆双回输电线路可显著减小故障相上的恢复电压和潜供电流,使潜供电弧可靠熄灭.     

长距离输电线路潜供电弧弧根跳跃与弧长剧变的物理机制与仿真

建立了长距离输电线路潜供电弧物理模拟实验平台,使用高速摄像仪拍摄潜供电弧的运动发展过程。实验发现,潜供电弧阳极弧根存在明显的跳跃现象,且潜供电弧运动过程中电弧长度经常出现暂时变短的现象,在电弧熄灭前的瞬间,电弧长度会急剧上升。为明晰引起上述现象的内在作用机制,建立了链式电弧模型,对长距离输电线路潜供电弧进行仿真分析,结果表明弧根跳跃与热浮力和电极结构密切相关,电极结构水平时潜供电弧弧根跳跃次数明显减少,更有利于电弧的疏导与熄灭。电弧长度暂时变短是由弧柱间短路引起的,而熄灭前潜供电流突然增大引起弧长的剧变。进一步研究了潜供电弧燃弧时间与风力之间的关系,风速较大时,风载荷在电弧受力中占主导作用,燃弧时间分散性较小。仿真还发现导线互相垂直时潜供电弧运动更为剧烈复杂,电弧更容易熄灭。     

高速接地开关熄灭特高压平行双回线路二次电弧分析

特高压平行双回线路可以使用高速接地开关(highspeed grounding switch,HSGS)熄灭瞬时性单相接地故障及双回线跨线故障产生的二次电弧。文章分析了使用HSGS降低潜供电流和恢复电压的效果,特高压双回线路中各种因素对其熄灭二次电弧的影响。结果表明,双回线跨线瞬时性故障比单相接地瞬时性故障的潜供电流和恢复电压大,线路长度、负荷电流都会影响潜供电流与恢复电压,HSGS单端闭合时不利于熄弧,较高的二次电弧电阻有助于快速熄弧。200 km及以下的特高压平行双回线路使用低电阻、双端快速闭合的HSGS可以有效熄灭二次电弧,使单相重合闸成功。     

利用过渡电阻特征的超/特高压输电线路电弧性故障及熄弧时刻识别

输电线路的瞬时故障多为电弧性故障,可靠确认电弧性故障的电弧熄灭时刻有利于提高重合闸的重合成功率。在利用ATP软件Models模块建立故障一次、二次电弧模型的基础上,提出了利用故障电弧阶段至重合前的故障信息计算故障过渡电阻以识别电弧性故障的电弧熄灭时刻。电弧性故障在二次电弧阶段其过渡电阻呈现高度非线性,利用过渡电阻计算值标准偏差能够有效识别电弧性故障与非电弧性故障;电弧熄灭后其过渡电阻计算值近似无穷大,利用过渡电阻计算值能可靠确认电弧性故障电弧熄灭。大量ATP仿真分析表明,利用所提出的电弧电阻非线性特征的判据能有效识别电弧性故障并确认故障电弧熄灭时刻,为实现自适应重合时间进而提高重合成功率提供了有益的理论基础。     

半波长输电线路潜供电弧弧根运动和熄灭特性实验研究

潜供电弧是发展特高压半波长输电技术面临解决的关键问题之一。采用典型的特高压输电线路参数配置,通过计算仿真获得了半波长输电线路单相故障时潜供电流和弧后恢复电压梯度的分布规律。采用分布参数模型,通过对三相耦合电路的合理简化,给出了半波长线路潜供电弧物理模拟的单相等值实验拓扑。基于建立的物理模拟实验平台,获得了半波长线路潜供电弧的弧根弧柱运动图像和熄灭特性。实验发现半波长线路潜供电弧的阴极和阳极弧根运动具有明显的极性效应,并进一步分析了阴极和阳极弧根的运动机制与特征。实验指出,不同的补偿网络对半波长潜供电弧的熄灭特性影响较大,适当的补偿条件可使得潜供电弧的熄灭时间大为缩短。该研究工作可为发展特高压半波长输电线路潜供电弧的抑制技术提供参考依据。     

超高压输电线路的潜供电弧频谱特性

超高压输电线路上潜供电弧的存在影响系统的稳定运行。为了对潜供电弧进行系统的研究,采用总谐波失真度来判断电弧的状态,首先应用ATPdraw软件建立潜供电弧的仿真模型,对不同合闸角下故障相电压和潜供电流进行仿真,然后分析其频谱特性和谐波含量,采用傅立叶算法分析得出总谐波失真度。仿真结果表明,在电源电压处于峰值时发生故障,潜供电弧最难熄灭,此时对绝缘造成的危害最大;故障相电压的总谐波失真度在每四分之一周期内随合闸角增大而减小,为利用故障相电压的谐波情况判断电弧状态提供了依据。分析谐波含量频谱特性对实际设计中选择绝缘材料和绝缘结构有一定的指导意义。     

特高压输电线路潜供电流的暂态特性研究

潜供电弧属于自由空气中的长间隙交流电弧,其燃弧时间与电流暂态特性密切相关。该文将潜供电流分解为稳态分量和自由分量,分别建立了对应的电路模型。采用EMTP计算了潜供电流的暂态过程。潜供电流的发展可分为3个阶段:前期,电流快速振荡,迅速衰减;中期,电流有比重较大的直流分量,衰减缓慢,易造成电流不过零,对熄弧产生影响;后期,电流自由分量衰减完毕,以稳态分量为主。自由分量是潜供电流暂态过程的决定性分量。分析了电弧电阻、并联补偿度、中性点小电抗及故障位置等参数对潜供电流暂态过程的影响;基于等效阻抗网络和拉普拉斯变换方法,推导了自由分量的振荡频率和衰减系数与系统参数的关系。区别于潜供电流的稳态分量,仿真与理论分析均表明潜供电弧电阻对自由分量起关键作用,电弧电阻值越大,自由分量衰减越快,越有利于熄弧。     

超高压电网可控串联补偿与潜供电弧的抑制

对可控硅控制的串联补偿（ＴＣＳＣ）在超高压电网中抑制单相接地故障开断后潜供电弧的作用进行了研究，并以东北伊—冯线为例进行了分析计算。结果表明，采用适当的控制策略，可以显著地抑制潜供电弧的幅值，使接地电弧快速熄灭，为单相成功的自动重合闸奠定了基础。     

特高压输电线路潜供电弧的燃弧特性

为研究潜供电弧的燃弧时间及其运动特性特性,建立了特高压输电线路潜供电弧低压模拟试验平台。该平台由潜供电弧低压模拟试验回路、基于电荷耦合单元图像传感的高速光学成像系统、基于电容分压的潜供电弧电压测量系统、基于Hall效应的潜供电弧电流测量系统等组成。对未补偿、欠补偿、过补偿3种工况下的潜供电弧进行了试验,得到了潜供电弧典型运动图像及其同步电压、电流波形。试验结果表明:潜供电弧阴、阳极弧根运动特性不同,但都具有极性效应;且该运动特性会对电弧电流、电压特性造成影响。阳极弧根跳跃或弧柱短接时,电弧两端电压将出现骤降;新的阴极弧根激发时,潜供电弧电流增大。潜供电弧发展后期,存在2种不同的熄弧情况:一种为稳定燃烧,电流过零自然灭弧;另一种为短暂熄灭,经过数ms的延时,弧道击穿,电弧重燃,此后快速灭弧。加速潜供电弧通道等离子体的去游离过程有助于电弧的快速熄灭。     

特高压快速接地开关的研制

特高压输电线路上,潜供电弧对线路产生的影响不容忽视,潜供电弧的顺利熄灭是实现单相自动重合闸的必要条件.稳态下潜供电流和恢复电压幅值是潜供电弧熄灭的两个决定性因素.快速接地开关作为重要的电器设备,越来越多的应用于电力系统中.快速接地开关除了在系统发生故障时接地外,还能快速关合潜供电流和降低恢复电压.本文根据750kV系统潜供电弧的特点和熄弧要求,研制了一种快速接地开关,着重对触头系统进行了研究,计算了触头压力、触头电动力及断口开距的大小,给出了快速接地开关整体设计思路和结构图.     

快速接地开关在同杆双回输电线路中的应用

同杆双回线路的耦合使潜供电弧不易自熄 ,影响了单相自动重合闸的应用。解决办法是采用快速接地开关 (HSGS)熄灭潜供电弧。利用EMTP仿真计算某实际线路的结果表明 :采用HSGS后 ,大大减小了潜供电流和恢复电压 ,可有效熄灭潜供电弧 ,提高单相自动重合闸的成功率。     

快速接地开关熄灭潜供电弧的研究

使用快速接地开关（ＨＳＧＳ）是熄灭潜供电弧的一种有效方法。采用ＨＳＧＳ后线路上维持潜供电弧存在的潜供电流和恢复电压都有很大程度的降低,确保了潜供电弧的自熄。ＴＮＡ实验和利用ＥＭＴＰ进行的数值计算证明了上述论点。     

关于超高压输电线路的潜供电流研究

阐述了输电线路一旦发生单相接地故障后,断路器会立即单相跳闸,潜供电弧能否快速熄灭是断路器顺利完成单相重合闸的关键因素。通过理论分析和仿真计算分别研究了不同故障发生位置、高压电抗器和线路长度下输电线路潜供电流的特性,最后以500 k V龙城输变电系统为例,计算潜供电流,并给出了单相重合闸时间的推荐值。     

脉冲电流选线技术对故障电弧的影响

脉冲电流选线技术需要短时改变中性点接地方式,接地方式的改变会给故障电弧熄灭带来负面的影响。针对故障电弧自行熄灭的条件,研究了电弧熄灭后故障点电压的恢复情况,结果表明,接地方式的改变可能加快故障点电压的恢复速度,增加电弧熄灭后复燃的几率。为了避免脉冲电流选线技术对电弧熄灭的不利影响,提出了改变接地方式的合理时间范围并给出了相应的计算方法;另外,指出了添加限流电阻可以减小对电弧熄灭的不利影响。     

半波长输电线路潜供电弧工频谐振作用机理及优化控制方案

半波长输电线路结构特殊,单相重合闸过程中潜供电弧产生机理中,除与常规线路一致的回路间耦合作用外,还存在一种工频谐振激发作用机理。具体地,在潜供电流阶段,当线路中部发生故障时,故障相存在与工频接近甚至相等的自振频率;在电弧熄灭后的恢复电压阶段,当故障点位于线路两侧端部时,故障相也存在与工频较为接近的自振频率。从而使得处于谐振位置故障点的潜供电流与恢复电压明显高于其它故障位置。基于该理论,综合考虑弧道电阻、传输功率、系统网络结构等诸多因素,深入研究了特高压半波长线路潜供电流和恢复电压稳态、暂态及分布特性,诠释了诸多不同于常规输电线路的独特属性。在此基础上,从破坏谐振条件角度,提出沿线快速接地开关(high speed grounding switch,HSGS)配置方法及故障点附近3组HSGS动作的策略;确定了特高压半波长线路沿线7组HSGS的控制方案,可满足1 s重合闸时间要求;从而完善了半波长输电线路潜供电弧理论,优化了HSGS控制方案。     

基于频率相关模型的潜供电弧参数的计算与分析

特高压输电线路上潜供电弧的存在影响系统的供电安全和稳定运行,如果不能及时熄灭,将造成单相自动重合闸的失败,因此有必要对潜供电弧进行深入系统地研究。输电线路参数是影响潜供电流和恢复电压的主要因素之一,对于特高压长距离输电线路必须要考虑线路的分布参数特性。由于线路集肤效应的存在,线路参数的分布特性实际上是频率的函数。笔者根据频率相关参数电路理论,建立了特高压输电线路单相接地故障后潜供电弧参数的传输线方程,对潜供电弧产生的物理过程进行详细的分析,给出了恢复电压和潜供电流的边界条件和初始条件,并对其进行系统的计算和分析,得出恢复电压和潜供电流的变化规律,即恢复电压静电感应分量与线路长度无关,与故障点位置无关,电磁感应分量值与故障点位置密切相关;潜供电流也由静电感应分量和电磁感应分量组成,二者均与故障点位置密切相关。文中的研究成果为进一步分析潜供电弧受各种条件和因素影响的程度提供了基础。     

潜供电弧模拟实验图像边缘检测与形态特征分析

采用图像边缘检测技术得到潜供电弧轮廓图形,是分析潜供电弧形态特征的基础。基于灰度图像开展中值滤波与高斯滤波、大津算法的图像分割以及Canny边缘检测,提出了潜供电弧图像的边缘检测方法。根据弧柱的灰度分布直方图,分析了潜供电弧亮度分布不均匀的特征;通过提取的潜供电弧轮廓图像,有效识别了潜供电弧的弧根收缩、弧柱短接现象和螺旋结构,以及阴极弧根并存、阳极弧根跳跃的不规则运动特性。分析了潜供电弧运动过程中的弧长变化、位移特性以及弧柱直径的变化,结果表明,潜供电弧在连续重燃的过程中,弧长不断增加,弧柱直径呈周期性变化,在位移特性方面保持水平方向的向右偏移和垂直方向的持续上升运动。分析了不同潜供电流下的潜供电弧形态特征,结果表明,潜供电弧的弧长与直径随潜供电流的增加而增大。上述研究成果可为潜供电弧燃弧和熄灭特性的深入研究提供理论依据和技术支撑。     

输电线路潜供电弧自熄特性仿真

潜供电弧自熄特性影响输电线路的单相重合闸时间,对提高系统的输送容量和可靠性至关重要。基于经典的Mayr电弧模型,采用非线性时变电阻描述弧道特性,建立了弧阻方程,分析潜供电弧的运动特性,获得电弧实时长度以迭代计算弧道电阻,根据能量守恒原则提出了判断电弧是否自熄的弧阻判据。给出了输电线路潜供电弧的计算电路,进而阐明了计算电弧自熄特性的仿真流程。利用长间隙小电流电弧试验数据,对潜供电弧仿真模型的待求变量进行参数估计,编制了实用仿真程序,计算了电流、电压、弧阻和燃弧时间等电弧特性,与试验结果进行了对比分析。结果表明,潜供电弧电位梯度为1 500～2 000V/m,计算结果与电弧试验波形接近,燃弧时间的计算误差在工程允许误差范围内,提出的潜供电弧仿真模型及计算方法合理可行。     

超高压线路上潜供电弧熄灭特性的分析

为了减少潜供电弧的熄灭时间,确保单相自动重合闸的成功,研究了超高压输电线路上产生潜供电弧的机理和主要抑制方法。基于电路原理得出恢复电压和潜供电流的数学表达式,运用MATLAB编程得到恢复电压和潜供电流的数值。通过SIMULINK组建模块,仿真整个电路,得到恢复电压和潜供电流的波形图和数值,与理论计算值比较吻合。分析快速接地开关抑制潜供电弧的机理,在线路上安装快速接地开关后,弧道上的潜供电流和恢复电压都有了明显的降低。