基于分段电弧模型的多次重燃弧VFTO计算与分析

精确的隔离开关电弧模型对变电站特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的仿真有着关键性的作用。文中对开关电弧的电阻模型进行了优化,建立了电弧的分段模型。同时,笔者从间隙击穿,高频电弧熄弧对电弧重击穿的影响等方面进行了讨论,并以此为判据,建立了可以反映VFTO多次重燃过程的计算流程。根据实际测试线路,在ATP仿真软件中搭建了仿真电路并进行了暂态仿真。仿真结果表明,相对于单次燃弧的传统电弧模型,基于分段电阻的多次重燃弧模型可以更好地模拟实际开关特性。在此基础之上,文中对重燃弧过程中各个关键位置的VFTO波形以及流过隔离开关的电流波形进行了计算与分析。     

VFTO的全时段仿真与实测对比研究

隔离开关操作过程中,动静触头两端距离的变化会导致二者之间的介质被击穿,产生电弧放电现象。随着开关动作的持续电弧的状态在燃弧和熄弧之间反复交替,产生重燃现象,而电弧的反复重燃会在回路中产生特快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)。为了研究实际情况下电弧的反复重燃过程,在以往研究的单次燃弧基础上,弄清多次燃弧过程的电弧电压的变化规律。文章对VFTO的典型波形进行了理论分析,并在优化基于逻辑判断的电弧重燃仿真模型的基础上将仿真数据与实际现场测得的VFTO数据进行对比,验证了该电弧全时段仿真模型的正确性。研究发现电弧多次重燃导致VFTO的电压波形发展趋势类似"台阶"状,未考虑残余电荷影响时过电压幅值最大约为1. 7 p. u.,单次燃弧持续最长时间约为8 ms,整体振荡衰减波过程的频率约为0. 5MHz,超高频频率约为25 MHz,高频频率约为6. 5 MHz。     

隔离开关多次重燃的VFTO计算模型

为更准确反映隔离开关操作过程中的特快速暂态过电压（VFTO）的全波形,建立了包含击穿电压、燃弧电阻、断口电容等动态因素模块的特高压GIS隔离开关多次重燃模型,为仿真隔离开关多次重燃下的VFTO提供了研究思路。     

特高压GIS隔离开关开合母线方式3试验中暂态电压波形解析北大核心CSCD

为分析特高压GIS隔离开关方式3试验中暂态电压与断口间动态绝缘特性的关联,文中构建了超宽频暂态电压监测系统和电弧形态观测系统,全过程监测了特高压GIS隔离开关开合过程中电源和负载侧的暂态电压,以及动静触头间击穿时的电弧形态。试验发现,隔离开关方式3试验合闸和分闸过程中电弧重燃和熄灭交替出现的持续时间分别为140 ms和240 ms。电压峰值附近发生的电弧熄灭,将引发过电压,但幅值低于1.4 p.u.。分合闸过程中产生的暂态电压持续时间约12μs,波头时间约25 ns,其频率主要分布在1 MHz以下,最高瞬时频率接近50 MHz。方式3试验中,断口间击穿不会产生特快速暂态过电压,与方式1存在较大区别。文中研究揭示了隔离开关分合闸过程中暂态电压的激发机理和时频特征,以及对断口间动态绝缘的影响,为GIS隔离开关的性能考核和优化设计提供了有力支撑。     

隔离开关切合容性小电流试验中的重燃过电压研究

在隔离开关切合容性小电流试验中,回路中可能会由于隔离开关的多次重燃而产生特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO),这对试验回路中的设备和元件,尤其是试验变压器绕组绝缘构成了很大的威胁。笔者利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件计算了隔离开关进行分闸操作时在试验变压器端部出现的VFTO,分析了影响重燃过电压大小的因素,并研究了利用在试验变压器输出端加装保护间隙时的保护效果。仿真结果表明,分闸时重燃过电压与发生重燃的时间有关,与燃弧时间无关,弧道电阻对VFTO也有一定的抑制作用。采用在试验变压器输出端加装保护间隙的方法,可明显降低试验变压器端部过电压值,达到保护试验变压器的目的。     

动态电弧模型下特快速瞬态过电压特性的计算与分析

在特快速瞬态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)的仿真计算过程中,建立准确的隔离开关高频电弧模型是提高VFTO计算准确度的关键。在分段电弧模型的基础上,提出一种动态电弧模型。在预击穿阶段,该模型考虑击穿延时对VFTO的影响,采用双曲线形式的时变电阻;在熄弧阶段建立完整的麦也尔(Mayr-Schwarz)模型描述电弧的动态物理过程。结合某1100kV气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)的实际电路,详细计算2种电弧模型下GIS内部的VFTO幅值、频率和陡度,同时讨论了击穿延时对VFTO波形的影响。计算结果表明:动态电弧模型下VFTO具有幅值较高、频率较高、上升陡度较大的特点;击穿延时对VFTO的初始上升时间和幅值有影响。通过VFTO仿真与实测数据相比较可知,动态电弧模型是分段电弧模型的进一步完善,对于提高VFTO仿真计算的精度有重要意义。     

VFTO计算中隔离开关电弧多次重燃模型的研究

<正>隔离开关的操作是快速暂态过电压(VFTO)的主要产生原因,如何对隔离开关更精确的建模是提升VFTO仿真精度的关键。在基于指数时变电弧模型的基础上,搭建了动态电弧多次重燃模型,结合某500 kV GIS站的实际运行方式,开展     

可变间隙电弧模型下特高压气体绝缘变电站快速暂态过电压的数值计算

为了更加准确地描述隔离开关操作时的电弧特性,提出了可变间隙电弧模型。以1 100 k V气体绝缘变电站(GIS)为例,利用EMTP电磁暂态程序,根据Mayer、Cassie电弧模型和气体击穿理论,详细计算了隔离开关操作时所产生的快速暂态过电压(VFTO)。并与实测数据进行对比,验证了模型的有效性。使用该模型进一步研究了隔离开关操作方式和操作速度对VFTO的影响,结果表明:隔离开关操作时,其电源侧过电压略高于负荷侧过电压值;隔离开关的操作方式对分合闸过电压幅值影响较大,可通过装设500?分闸电阻将过电压幅值限制在合理范围内;当分闸速度1.7 m/s时,VFTO幅值可降至1.1 Up(Up为最高运行相电压峰值)以下;当合闸速度2.5 m/s时,VFTO幅值可降至1.2 Up以下;当分闸速度0.5 m/s或合闸速度1 m/s时,VFTO幅值接近或达到理论最大值2.1Up,并呈现饱和状态。     

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。     

GIS中隔离开关电弧模型对快速暂态过电压的影响

在快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)的仿真计算中,对隔离开关高频电弧的准确建模,是影响VFTO计算精度的关键因素。在分段电弧模型基础上,提出一种动态电弧模型。该模型在预击穿阶段考虑击穿延时对VFTO的影响,采用双曲线形式时变电阻;在熄弧阶段建立完整Mayr-Schwarz模型描述电弧的动态物理过程。并结合某1100kV GIS电站,详细计算动态电弧模型下的VFTO特性。结果表明,该模型对提高VFTO仿真计算结果准确性有着重要意义。     

VFTO计算中隔离开关燃弧模型探究

为更准确的计算气体绝缘开关站(GIS)中的特快速暂态过电压(VFTO),笔者总结了国内外几种典型的隔离开关燃弧模型,包括线性电阻模型、时变电阻模型、分段电阻模型、黑盒模型和火花电阻模型等。对各种模型的优缺点进行了分析比较,指出燃弧建模过程不但要考虑电压等级、气体介质和隔离开关结构等因素的影响,还应在选择合理击穿判据的基础上将单次燃弧模型与多次燃弧过程结合起来。     

特高压GIS变电站中VFTO特性及影响因素研究

随着超高压和特高压输电技术的发展,气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)得到了广泛的应用。气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中的隔离开关在操作过程中会产生幅值较大、频率极高、波前时间很短的特快速暂态过电压(VFTO),容易引起电气绝缘击穿和电磁干扰等一系列的问题,对GIS本体、变压器及相邻电气设备的绝缘安全造成很大危害。主要研究特快速暂态过电压产生的机理以及特快速暂态过电压的幅值、陡度和频率等特性,利用ATP-EMTP电磁暂态程序仿真特快速暂态过电压产生的波形,仿真在各种影响因素下的特快速暂态过电压波形,对几组波形进行分析研究,分析残余电荷、变压器入口电容等因素对特快速暂态过电压的影响。     

特高压GIS变电站中快速暂态过电压仿真及其特性分析

在计算快速暂态过电压(VFTO)时,建立准确的全封闭气体绝缘变电站(GIS)暂态电路模型是影响VF-TO的关键。为此,将GIS内部暂态模型和GIS外壳传输特性模型相结合,建立了VFTO整体仿真模型。在GIS内部元件建模时,根据电弧的动态物理过程,建立隔离开关分段式动态电弧模型;结合交变电场下电介质极化原理,建立金属氧化物避雷器(MOA)暂态电路模型;并从GIS本体结构出发,通过三维电场分析,获得较准确的GIS元件暂态模型及参数;结合传输线理论和相模变换,获得GIS外壳暂态模型,并建立了考虑接地体间互感作用的暂态地网模型。最后结合国内某1 100kV气体绝缘变电站,进行VFTO详细仿真。仿真结果表明,分段式动态电弧模型下VFTO幅值标幺值高达1.270(基准值取898kV),较指数时变电弧模型下的VFTO幅值标幺值增加了17.59%,当考虑了MOA的非线性特性时,VFTO的振荡幅值有不断减小的趋势,在仿真时间将近20μs时,VFTO标幺值振荡幅度至0.8。最后将仿真结果与实测波形进行对比分析,VFTO幅值标幺值相差0.2～0.4,证明了所建立的VFTO仿真整体模型的实用性。     

VFTO仿真中GIS隔离开关电弧模型的研究进展

全封闭SF6气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作产生的特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)会严重影响电力系统的稳定性及相关设备的安全运行。通过研究GIS隔离开关的击穿过程和电弧的发展变化过程,进而采用合理的电弧模型进行仿真计算,对于得到较为准确的VFTO波形有重要意义。笔者对当前VFTO仿真中GIS隔离开关的传统电弧模型、改进模型及电弧特性的试验研究等进行了详细的介绍,分析了不同电弧模型的优缺点和实用价值,探究了VFTO仿真中GIS隔离开关电弧模型的研究趋势,旨在为同行提供一个可探讨的理论平台和有益的参考。     

252kV GIS隔离开关特快速暂态过电压试验中触头间隙重复击穿过程研究

为深入研究气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关分合空载短母线产生的触头间隙重复击穿现象,实现隔离开关操作全过程特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的准确仿真,建立了252 kV GIS试验平台,对GIS隔离开关分合产生的间隙重复击穿过程及影响因素进行了试验研究。通过同步测量触头间隙电压及长度,获得了隔离开关分合操作中触头间隙击穿电压与间隙长度的统计关系。统计结果表明,操作过程中间隙击穿电压与间隙长度的关系与工频电压下各长度的击穿电压基本吻合,且具有极性效应。每次间隙放电产生的空间电荷促进了后续击穿的发生,且首次放电越剧烈,这种趋势越明显。负载侧残余电压衰减时间常数约为160 min,仿真时可不计重复击穿间歇残余电压的衰减。相同的触头间隙恢复电压下,接地腔体对间隙电场分布影响不大。基于上述研究结果建立了隔离开关操作全过程VFTO仿真模型,仿真结果与实测结果基本吻合。     

隔离开关操作速度对特快速瞬态过电压的影响

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）内的隔离开关在操作空载短母线时会发生多次击穿,并产生特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）,严重时可能造成变压器和其他电气设备的损坏。隔离开关的操作速度是影响VFTO的重要因素之一,对此国内外有不同看法。在仿真研究中考虑了隔离开关操作过程中的多次重击穿、间隙击穿电压的极性特性、概率特性及其随操作速度变化的特性,采用统计分析方法研究了隔离开关的速度对VFTO的影响,并与实测结果进行了对比。研究结果表明,在一定范围内当隔离开关速度较慢时,分闸后负载侧残压较低,合闸、分闸操作过程中产生的VFTO幅值也较低。     

GIS开关不同电弧模型对快速暂态过电压的影响

研究气体绝缘组合电器(GIS)中隔离开关的电弧模型,对于确定快速暂态过电压(VFTO)的波形和频谱有重要意义.首先对GIS隔离开关的操作过电压以及开关电弧进行了理论分析,然后在此基础之上,对3种不同类型的电弧模型进行了阐述和分析,并采用ATP-EMTP软件对各个电弧模型下的VFTO进行了仿真与分析,结果表明电弧模型对VFTO的仿真计算影响很大.最后,对将来VFTO仿真中电弧模型的研究提出了有益的建议和展望,为VFTO仿真模型的完善提供了重要的理论依据.     

低电压法现场测量GIS隔离开关操作VFTO

介绍在GIS现场采用低电压法测量550 kV GIS隔离开关操作VFTO(特别快速暂态过电压)的试验过程,测试结果用于验证EMTP数值计算参数的选取并修正,使550 kV GIS隔离开关操作VFTO波形和幅值的预测更为精确,指导和验证隔离开关重击穿燃弧时对地放电防治的设计。提出了推广在GIS现场安装后采用低电压法测量VFTO的建议,用于校验隔离开关设计、GIS及变压器等绝缘配合。     

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。