隔离开关电弧模型及对Rowgowski线圈电流互感器的传导干扰研究

为了准确分析隔离开关开合容性小电流过程中电弧放电对110 kV罗氏(Rowgowski)线圈电流互感器的干扰情况,采用ATP-EMTP中的TACS元件建立了动态电弧模型。参考标准GB/T 1985—2014,建立隔离开关开合容性小电流试验电路,结合所建立的动态电弧模型,仿真得到隔离开关开合过程中,所产生电磁干扰的电流最大幅值为576 A。电压最大幅值标幺值为1.8 p.u.,暂态电流频率高达210 kHz。同时分析了电源侧对地杂散电容、接地电阻等因素对隔离开关电弧模型参数的影响。并建立了相应的实验线路,实测了隔离开关开合容性小电流过程中的暂态波形。通过对比实测与仿真产生的电弧放电电压、电流波形,发现两者暂态电流、电压变化过程相符,验证了所建电弧模型的正确性。     

基于隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容检测系统

为深入研究隔离开关分合时产生的暂态强电磁过程对电子式互感器的影响,建立了基于500 k V空气绝缘开关设备(AIS)隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容检测系统。系统中的高频电流电压组合测量系统采用Rowgowski线圈和电容分压器作为传感器,传感部分和数据采集部分具有良好的电磁屏蔽。对高频电流电压测量系统进行了标定:高频电流测量带宽为1 Hz~10 MHz,高频电压测量带宽为0.1 Hz~30 MHz,满足测量要求。现场实测结果表明:在检测系统上实现了隔离开关分合闸时高频电流、高频电压和电子式互感器输出波形的同时测量,获得了隔离开关分合闸时暂态电流电压典型波形和电子式互感器输出波形。通过波形比对,可实现隔离开关分合操作时电子式互感器受暂态强电磁干扰的影响分析。     

基于动态重燃弧模型的VFTO与VFTC仿真及特性分析

为了准确分析高压开关设备操作过程中的高频、高幅值电磁干扰问题,提出了一种基于动态重燃弧模型的建模方法。利用ATP-EMTP软件建模比较了不同电弧模型下的仿真效果,探讨了燃弧电阻、线路长度、击穿延时、断口电容及燃弧电感等5种因素对仿真结果的影响规律。同时,搭建了隔离开关分合容性小电流实验线路。通过对比仿真和实测数据发现：与传统模型相比,动态重燃弧模型下暂态电压和暂态电流峰值的仿真和实测之间误差分别降低了0.64%和13.94%,且波形特征参数均在实测数据的变化范围内。表明该模型能够更准确地反映开关分合时的暂态过程,对提高开关动作过程中暂态电压和暂态电流的仿真计算精度具有重要意义。     

气体绝缘开关设备的隔离开关分合空载短母线时特快速暂态过电压及特快速暂态电流测量

为深入研究气体绝缘开关设备(GIS)的隔离开关分合空载短母线产生的特快速暂态过电压(VFTO),建立了252kV GIS试验回路并研制了VFTO、特快速暂态电流(VFTC)和开距测量系统。该系统采用手孔式电容分压器测量、Rogowski线圈及光纤传输系统、位置传感器分别测量VFTO、VFTC、开关开距。对上述测量系统进行了标定:VFTO测量系统低频截止频率<20Hz,高频截止频率>80MHz;VFTC测量系统带宽达到70MHz;开距测量系统误差<1.5%。结果表明各系统满足测量要求。试验结果表明:在试验回路上实现了隔离开关分合闸时VFTO、VFTC及开距的同时测量,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。该试验回路产生的VFTO幅值最大值为447.02kV,上升时间约为13ns;VFTC的幅值最大值为2.61kA,上升时间约为7ns。VFTO和VFTC的主要频率均为4.4、23.3、44.2MHz,主要取决于回路的电感、电容及暂态行波的折反射。间隙的击穿电压没有明显的极性效应。燃弧时间<2μs。     

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。     

多次重燃弧VFTO的仿真隔离开关模型研究

目前的VFTO仿真用隔离开关数学模型过于简单,不能反映开关动作全过程的波形。本文在对1100kVGIS隔离开关分合小电容电流实验的基础上,初步建立了可以反映多次重燃弧过程的隔离开关模型,并从间隙击穿、高频电弧熄弧判据、弧道电阻模型等方面进行了相关的讨论,得到了与实验负载电容上"台阶"状电压波形相符较好的仿真波形,为后续仿真隔离开关模型研究做好铺垫。     

电子式电流互感器电磁抗干扰仿真与测试

为提高电子式电流互感器电磁防护性能,对其进行等效电路建模仿真与试验测试。在隔离开关分合容性小电流试验状态下,搭建隔离开关分合模型,得出操作过电压和过电流的电流仿真波形,以此暂态电流信号为激励源,对罗氏线圈建立等效电路模型,仿真隔离开关分合操作时的罗氏线圈输出为高频信号,输出电压峰值高达680 V,导致采集单元中A/D转换器无法正常工作。最后针对罗氏线圈输出信号的特点,提出TVS管与RC低通滤波器相结合的电磁抗干扰措施,并对抗干扰措施进行建模仿真,结果表明瞬态电压峰值可降到0.6 V以下。通过对电子式电流互感器进行隔离开关分合容性小电流试验测试,测试结果证明了上述的建模方法及抗干扰措施的有效可靠性。     

采用特高压隔离开关切合固定串补平台的电容式电压互感器的快速暂态试验

采用特高压(UHV)隔离开关切合串补平台时会产生隔离开关的重复击穿和快速暂态过程,可能导致邻近的电容式电压互感器(CVT)发生故障。为系统研究该暂态过程,通过特高压隔离开关切合串补平台模拟试验,测量了CVT上的过电压水平、快速暂态电压和电流波形,并分析了在CVT高压端上加装保护电阻和保护电感对快速暂态的抑制效果。试验结果表明:隔离开关操作时,CVT端口最大过电压约为1.54倍工频试验电压峰值,远小于其雷电冲击耐受电压,不会对CVT造成严重威胁。快速暂态电流振荡主频为500 k Hz,幅值可达2.2 k A,高幅值和高陡度的快速暂态电流可能会导致CVT内部元件局部过热,并产生局部过电压,进而导致CVT损坏。在CVT高压端加装保护电阻和保护电感能有效限制快速暂态电流的幅值和陡度,对CVT具有较好的保护效果。     

由暂态操作引起的电子式互感器采集单元信号线骚扰电流分析及测量

电子式互感器采集单元受隔离开关分合空载母线过程中产生的特快速瞬态过电压VFTO（very fast transient overvoltage）影响较为严重。为提升电子式互感器的抗电磁干扰能力,基于110 kV AIS隔离开关分合容性小电流试验平台,对电子式电压互感器采集单元信号线骚扰电流进行分析,并通过实测验证了分析的正确性。采集单元信号线L线骚扰电流主要由电容分压器低压臂电容输出瞬态过电压引起,采集单元信号线N线骚扰电流主要由电容分压器接地点瞬态地电位升引起,二者频率及幅值具有较大差异。为了研究共模骚扰电流的主要影响因素,基于分析、实测建立仿真模型,并通过不同工况下仿真及实测结果对比,验证仿真模型的正确性,仿真结果表明共模骚扰电流和地线电感、对地分布电容呈正相关。     

特高压串补平台投切对电容式电压互感器影响的试验研究

特高压串补平台在投切操作过程中,串联隔离开关触头间会出现间歇电弧,同时引起特高压电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)出现绝缘问题,因此非常有必要开展串补平台投切过程对CVT影响的相关研究。构建了实体串补平台、CVT和隔离开关回路实验来模拟特高压串补平台的投切操作,测量出投切过程中CVT上的快速暂态电压和电流;并通过对CVT内部电容元件的快速暂态电流试验,分析研究了串补平台投切过程中CVT的绝缘破坏机制和绝缘耐受强度。试验研究发现,在串联隔离开关操作时,线路电感、串补平台对地电容和CVT电容构成的回路中产生谐振过程,隔离开关触头间的间歇性电弧击穿会造成CVT承受多次的暂态过电压和过电流。另外,CVT电容器元件之间焊接点是最易发生绝缘故障的位置,并总结出目前CVT可以耐受幅值不高于4.5 k A的快速暂态电流。     

官亭750kV GIS隔离开关操作时的特快速暂态过电压实测研究

论文全面介绍了3种类型(内部、外部、瞬态外壳地电位)特快速暂态过电压(以下简称VFTO)的测试系统、方法和现场测试结果。750 kV GIS内部VFTO测试的一次传感器采用设备自带的内部传感器,二次传感器采用自主研制的高频响应同轴传感器;瞬态外壳地电位测试的采集系统采用高频TEK高压探头的测试设备。这两种类型VFTO测试采集系统均配备高频响应的阻抗变换器、光纤传输系统、记录系统等远距离传输测试系统;外部VFTO采用倒置式光纤测量原理和方法,配备所研发的整套采集、传输和记录系统。所有采集、测试系统均考虑现场测试的抗干扰设计。通过所研发的测试系统实测了750 kV官亭变隔离开关带电操作时的3种类型VFTO的测量结果,并进行了波形、数据分析,对实现750 kV和1 000 kV GIS中隔离开关正常带电操作具有重要的参考价值和指导意义。     

工频试验变压器高压绕组高电位电流测量系统研制与应用

目前对工频试验变压器的常规测量均为稳态工频参数,未涉及试验变压器高压绕组高电位电流的暂态状况。研制了一套基于Rogowski电流传感器和光电传输技术的高电位电流测量系统,可测量最大冲击电流峰值1 000 A,最大工频电流有效值6 A、频率范围50 Hz~20 MHz;进行了频率响应试验、工频小电流和冲击大电流的性能试验,实测了绝缘子工频闪络时和GIS隔离开关开合感性小电流试验时流经试验变压器高压绕组的电流波形。通过试验数据分析了高陡度暂态电流对变压器的绝缘损伤和测量的意义,探讨了通过比较测得的暂态电流最大陡度以衡量试验变压器保护措施有效性的方法。该系统可为衡量试验变压器保护措施的有效性、改进试验回路以及试验变压器损伤、故障等相关的研究提供参考数据,避免盲目使用造成试验变压器绝缘损伤,对保障其安全运行和科研研究具有重要意义。     

Disconnector switching in GIS: three-phase testing and phenomena

Certification tests in accordance with the requirements of the recent IEC 61259 standard for switching of bus-charging current by disconnecters of a (three-phase enclosed) 145 kV gas insulated switchgear (GIS) are described. These tests are primarily aimed at verifying that the discharge between the disconnector contacts does not introduce internal arc faults. Special emphasis is given to the high-frequency measuring system, used to verify a sufficiently severe waveshape of switching transients in the MHz range. Three-phase tests were performed, showing phenomena that were not demonstrated in practice before: first, it was shown that phase-to-phase voltage transients with a higher amplitude than the phase-to-ground values do actually occur. Second, the phase-to-phase capacitive coupling of the busbar system could raise the trapped charge, left after at the load side of the installation after disconnection, to values above 1 pu. In addition, measurements of induced voltages in the secondary system are reported     

GIS电站内传导干扰计算模型的建立

为了仿真计算GIS电站内由开关操作在二次回路产生的传导干扰,提出了GIS传导干扰整体计算模型的概念,并建立了模型。在这个整体模型中,用有理函数建立了用于计算容性传导耦合的PT/CT的高频模型和用于计算阻性传导耦合的多端口地网模型。这些模型是基于实测数据采用矢量匹配法建立的。把这些有理函数模型植入EMTP后,不仅可以计算一次系统的特快速暂态过电压和暂态地电位升高,还可计算二次系统的干扰信号。     

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压特性的试验研究

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中隔离开关操作产生的特快速瞬态过电压（very fast transientovervoltage,VFTO）会影响电气设备的安全运行,随着系统电压等级的提高,该影响会越来越严重,在特高压系统中尤为突出。为掌握特高压GIS的VFTO特性,在特高压GIS设备的VFTO试验回路进行了大规模GIS隔离开关操作试验,并对VFTO测量结果进行了统计分析。研究得到了VFTO全过程波形的波形特征、击穿次数、频率成份和残余电压分布,单次击穿波形的波形特征和振荡系数分布,及预充/不预充直流电压下的VFTO幅值特性,揭示了隔离开关加装阻尼电阻对VFTO的抑制作用。所获得的特高压GIS中的VFTO特性为进一步研究VFTO仿真和绝缘配合等提供了依据。     

GIS中隔离开关开合小电容电流时产生的VFTO

介绍了一套能满足GIS中VFT测量要求的测量系统,并给出了在实验室内220kV的SF_6隔离开关模拟装置上开合小电容电流时产生的VFTO的幅值及上升时间范围的测试结果。     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。     

应用于CVT在线校验的LVQB型电流互感器的悬浮电位暂态特性分析

将LVQB型电流互感器改造成标准电容器对CVT校验是一种新在线校验方法。该校验方法通过隔离开关的转换投切实现。在转换投切过程中,有可能出现隔离开关互锁,进而产生过高的悬浮电位,从而破坏了隔离开关绝缘,最终导致校验失败。为此,文章重点研究了悬浮电位产生机理及其暂态特性。在考虑改造方法和电流互感器工作方式的基础上,建立了两种不同的产生悬浮电位的等效电路。在分析等效电路的动态响应后,采用拉氏变换分析悬浮电位的暂态过程。根据拉氏变换分析结果,采用Matlab对其暂态过程进行了仿真计算,分析了影响悬浮电位因素。仿真结果表明:尽管悬浮电位的暂态过程十分短暂(不到0.03 ms),但其产生的高幅值过电压(604.9 kV)仍有可能将隔离开关击穿,可通过控制投切角将悬浮电位控制在安全范围内,因此校验时一定要注重对隔离开关投切角的控制。     

特高压GIS隔离开关操作时其壳体电压暂态特性仿真分析

特高压(UHV)系统电压等级高、容量大,电磁暂态问题相当严重。为研究特高压气体绝缘变电站(GIS)在隔离开关操作时壳体电压的暂态特性,从而对今后特高压变电站的建设及绝缘配合问题提供参考建议,结合我国某1 100kV特高压气体绝缘变电站的具体情况,分析了特高压下GIS暂态壳体电压(TEV)的计算原理,利用多导体传输线模型计算了壳体各处的TEV,并对其进行了频谱处理。最后,分析了隔离开关的操作方式、操作相别、接地方式等对暂态壳体电压的影响。仿真结果表明:隔离开关操作方式不同时,暂态壳体电压最大值出现的位置不同;在GIS出线段,由于布置的对称性使得暂态壳体电压幅值也具有对称性。     

特高压交流试验示范工程GIS隔离开关带电操作试验

为验证我国特高压交流试验示范工程金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关带电操作的安全性,在长治、南阳和荆门变电站对所有特高压GIS隔离开关进行了带电操作试验。在前期特高压GIS和复合型气体绝缘金属封闭开关设备(hypid gas insulated switchgear,HGIS)中特快速瞬态过电压(very fast transi-ent overvoltage,VFTO)实测研究基础上,开展现场典型运行方式下隔离开关带电操作,监测产生的VFTO和暂态壳体电位(transient enclosure voltage,TEV)。试验初步得出了特高压变电站实际VFTO和TEV水平及分布,结果表明:特高压GIS隔离开关的带电操作是安全的,但应注意产生的TEV对二次设备的影响,阻尼电阻能够有效抑制VFTO和TEV。带电操作试验的开展为今后特高压GIS隔离开关的带电操作提供了依据。