VFTO仿真中隔离开关电弧模型研究*

对目前常用的电弧模型(包括理想开关模型、定值电阻模型、时变电阻模型、黑盒模型及火花电阻模型)进行了总结,阐述了各模型原理及数学模型,同时分析了各模型的优缺点。基于IEC典型隔离开关操作回路,对上述电弧模型进行了ATP-EMTP仿真分析,得出不同电弧模型对负载侧电压峰值、电流峰值、VFTO陡度及VFTO持续时长的影响规律。计算结果表明,若仅考虑VFTO峰值与陡度,则指数模型能以简单的模型计算出较为一致的结果;若考虑电弧多次重击穿,则分段电弧模型更符合电弧的发展机理。     

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。     

分段电阻电弧模型下快速暂态过电压仿真及其对断路器中并联电容器的影响

超高压与特高压输电系统中,GIS及其相连设备容易受到操作隔离开关所引起的快速暂态过电压(VFTO)造成的绝缘威胁,而在VFTO的计算过程中,GIS设备模型的选取直接影响计算结果的准确程度,其中隔离开关的电弧模型尤为重要.首先从GIS本体结构出发,根据分布参数理论与电弧的动态物理过程,以及目前常用的两种电弧模型,提出了分段式电阻电弧模型,并结合某550kV GIS实际线路,利用Fortran语言和Matlab软件详细计算了三种电弧模型下GIS内部的VFTO,结果表明分段电阻电弧模型能够准确地模拟隔离开关电弧的物理过程,对于VFTO的数值计算与特性分析是实用的.其次,针对上述550kV GIS中由于隔离开关操作故障引起断路器并联电容器爆炸的事故,研究了断路器内部VFTO的分布情况,结果表明VFTO在双断口断路器两个并联电容上的分布存在差异,长时间的VFTO作用下,并联电容受到了热击穿的威胁.     

考虑最佳VFTO抑制效果的螺旋管式阻尼母线电感特性研究

为解决螺旋管式阻尼母线(下简称阻尼母线)的设计问题,文章开展阻尼母线最佳抑制效果与阻尼母线电阻与电感的配合关系研究,通过对特快速暂态过压(veryfasttransient overvoltage,VFTO)幅值和波前陡度抑制效果的分析,得到最佳抑制效果时电阻、电感参数的配合范围。因电感值决定了母线的加工方式,故重点讨论了电感的计算方法和影响电感大小的因素。分析高频和低频条件下螺旋管式阻尼母线磁链铰链情况的基础上,得到了采用场计算法来计算电感的具体实现方法。文章对特快速暂态过电流(veryfasttransient current,VFTC)波形进行拟合,并将其作为电感计算的激励。为得到频率、材料、匝距、匝数等因素对阻尼母线电感特性的影响,计算不同影响因素下阻尼母线的电感,采用最小二乘法对高频电感计算的离散结果进行拟合,并确定550kV电压等级最佳VFTO抑制效果下阻尼母线电感的取值范围。完成上述工作后,以550kV气体绝缘变电站(gasinsulated substation,GIS)中加装的阻尼母线为例,对电阻和电感的匹配原则进行验证,分析了加装阻尼母线后VFTO的抑制效果,结果表...     

合闸电阻对1000 kV GIS高压隔离开关VFTO的抑制研究

为了得到合闸电阻在GIS高压隔离开关VFTO抑制中更加合理的值,采用双曲线电阻模型、2～5 Ω的定值电阻模型、Mayr电弧模型组合成一个动态电弧模型来描述高压隔离开关电弧燃弧模型的预击穿阶段、稳态燃烧阶段和熄弧阶段,并通过改变合闸电阻在动态电弧模型各个阶段的电阻值来求得电弧各个阶段的最佳VFTO抑制值,再通过取各个阶段...     

GIS隔离开关带分合闸电阻抑制VFTO的研究

针对超高压GIS中开关操作或发生接地故障时产生特快速暂态过电压(VFTO)从而影响GIS及其连接设备和二次控制设备的问题,根据800 kV GIS结构特别是母线较长(采用分布参数模拟,并考虑频率特性)的特点,利用EMTP程序对28种接线方式进行数值仿真计算。结果表明:隔离开关装和不装分合闸电阻(500Ω)时VFTO最大幅值分别为1.2932、.976 p.u.;该电阻>200Ω时可抑制VFTO,使其幅值<1.7 p.u.。故800 kV GIS中VFTO幅值对设备绝缘的影响很小,这对于GIS及其连接设备和二次控制设备的绝缘设计非常重要。     

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。     

新型串联电弧模型与特性分析

以电路理论为基础,对RLRh串联电路进行分析计算,提出一种以电弧电流为输出的新型电弧数学模型。此模型以电弧电阻为变量,将电弧电阻看成时间的周期函数,并对电弧电阻进行分区域处理,给出了各区域电弧电阻的变化规律与数学表达式。应用新模型进行计算,并将计算结果与Cassie电弧模型和Stokes电弧模型仿真结果进行对比,验证了新型电弧模型优于Cassie电弧模型和Stokes电弧模型,研究可为串联故障电弧的诊断提供可靠的理论依据。     

基于隔离开关结构和操作特性的电弧放电模型研究与应用

文中从微观粒子动力学特性出发,以特高压GIS(gas insulated switchgear,GIS)隔离开关为研究对象,建立隔离开关SF6放电数学模型,分析气室结构和操作特性对电弧电阻的影响,计算得到隔离开关操作下触头间隙多次重复击穿VFTO全波频暂态特性,并与实测波形进行对比,结果表明:隔离开关电弧放电模型受触头...     

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。     

GIS中快速暂态过电压的分析及计算

分析了操作 GIS内隔离开关所产生的极快速暂态过电压 (VFTO)的形成机理 ,通过建立各部件模型 ,对 GIS内隔离开关操作产生的 VFTO进行数值计算 ,并对其影响因素作了分析     

GIS中快速暂态过电压的计算及其影响因素分析

通过建立各部件的模型，对ＧＩＳ在隔离开关切合小电容电流时产生的ＶＦＴＯ进行了数值计算，并对其影响因素进行了分析讨论。     

800 kV GIS变电站VFTO计算研究

GIS变电站在隔离开关操时会产生快速暂态过电压(VFTO)。由于VFTO幅值很高,将严重威胁GIS设备、变压器和与其相连的二次设备。为了给GIS变电站的设计、布置提供参考,文中运用有限元分析方法,对800 kV GIS变电站中主要设备参数进行了计算,并通过实际测量验证了计算的正确性。应用EMTP程序对某800 kV GIS变电站在6种不同操作方式下,隔离开关合闸时产生的VFTO进行了仿真,得出了6种操作方式下,VFTO的最大值和出现的位置。通过与安全限值比较,得出了该800 kV GIS变电站绝缘符合要求的结论。最后对残余电压、阻尼电阻和短母线长度等影响VFTO幅值的因素进行了研究。     

大型电力变压器线圈中特快速暂态电压分布的计算

用集总参数RLC电路模型计算大型电力变压器线圈中的特快速暂态电压(VFTO)分布,即使以线匝为单元进行剖分,也不能准确模拟VFTO中的高频分量。分布参数电路模型虽然能够在较宽的频率范围内模拟快速暂态电压分布,但是由于其求解的复杂性,不能用于大型超、特高压变压器整体绕组的建模。为此,提出了一种解决思路:首先改进集总参数电路模型结构,提高其适用频率范围;其次在高频段简化分布参数电路模型,降低其求解的复杂性,使之能够适用于整个大型线圈的建模。基于这种思路形成了频域分段模型,能够比较准确和方便地求解大型变压器线圈中的VFTO分布。在改进集总参数电路模型方面,不是从场的模型出发,来改造传统的电路模型,而是从传输线的数学方程出发,在不明显提高求解复杂性的前提下,推导出一种新型的集总参数电路模型,把集总参数电路模型的适用频率范围提高近1倍。     

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.     

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。     

GIS中快速暂态过电压的实验室模拟

在分析影响快速振荡电压因素的基础上 ,提出提高回路振荡频率措施。据此设计的一套快速暂态过电压实验室模拟装置可产生近 2 0 MHz的快速暂态过电压模拟波形     

快速暂态过电压下SF_6气体的绝缘特性

介绍了气体绝缘全封闭组合电器中因隔离开关操作引起的快速暂态过电压作用下SF_6气体的绝缘特性,主要分析了有固体绝缘和电极有缺陷情况下系统的绝缘性能。     

电弧模型对500 kV GIS变电站VFTO的影响

在特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的研究进程中,隔离开关操作过程中电弧重燃与熄弧的等效模型的建立,对VFTO计算结果有着重要的影响。采用ATP-EMTP内建MODELS模块,结合Mayr电弧分析理论,并考虑电弧电流过零熄弧的影响,建立了一种动态电弧模型。将该模型应用于某500 kV GIS电站VFTO计算中,并与另两种模型进行比较,详细分析其特性,结果表明,与简单电弧模型相比,动态电弧模型考虑了弧道电阻动态变化过程,使得VFTO最大幅值减小,在熄弧阶段振荡频率增大。由理论分析可知,在VFTO计算建模中,是否考虑弧道电阻的动态变化过程,对于计算结果有着重要的影响。