基于超宽频电压监测的大型水电站雷击暂态过电压分析

水电站出线遭受雷击时将产生严重的雷击侵入过电压,站内GIS（气体绝缘组合电器）隔离开关和断路器操作也将激发VFTO（特快速暂态过电压）,严重威胁GIS及变压器设备的绝缘安全。为此,在水电站主变压器高压侧的GIS设备上增设超宽频暂态电压传感器,构建水电站暂态电压在线监测系统,完整记录水电站出线遭受雷击时的站内暂态响应过程。通过对暂态电压时域和频域特征分析发现：水电站出线遭受雷击接地故障时,断路器可能出现断口重燃;基于侵入水电站的雷击暂态电压波形可实现准确的故障单端定位,当线路雷击距离水电站10 km以内时,侵入水电站内部的暂态电压将威胁变压器绝缘。利用超宽频暂态电压监测系统可准确记录水电站内异常暂态事件,通过各测点暂态波形的时域和频域特征对比分析,可定位暂态激励源位置,有助于发现设备异常并及时预警,保障设备运行可靠性和水电稳定外送。     

考虑波形起始点的特高压变电站雷电入侵过电压分析

变电站雷电入侵过电压是特高压输变电工程的重要课题。为研究工频电压对变电站雷电侵入波过电压的影响,考虑雷电入侵时刻工频电压的波形起始点对雷电入侵过电压的影响,以某1 000 kV特高压GIS变电站为例,采用电磁暂态仿真程序ATP/EMTP建模研究了不同波形起始点对应的雷电侵入波过电压,并根据波形起始点的分布概率,研究了雷电侵入波过电压的分布规律,提出以90°波形起始点为依据进行雷电侵入波过电压计算和绝缘配合的建议。     

特高压变电站110kV电抗器、电容器组过电压波形实测与仿真计算研究

电抗器、电容器组在变电站中主要用于无功补偿，提升系统安全稳定性，是站内的重要设备。文中通过在交流特高压变电站送电调试过程中开展现场实测得到了站内110 kV电抗器、电容器组投切过程典型过电压波形。为进一步地考虑实际断路器机械特性的分散性以及三相非同期性对过电压的影响，文中使用ATP-EMTP电磁暂态仿真计算模型开展了合闸过电压统计计算分析，研究了110 kV电抗器、电容器组合闸时不同位置可能出现的最大过电压值，结果显示各个位置最大过电压均在设备绝缘水平允许范围内。最后仿真模拟了站内电抗器组发生单相接地短路和相间短路故障时的过电压波形，较为系统地研究了特高压变电站110 kV电抗器、电容器组的过电压问题。     

35kV变电站过电压在线监测及波形分析

针对现有变电站内故障录波仪采样频率低、不足以记录高频暂态过电压信号的问题,设计了具有高速采样频率的过电压在线监测系统,同时为解决采样频率与存储深度的矛盾,采用变频采样频率的方式分别对工频电压信号和高频过电压信号进行采样。该监测系统运行在多个变电站内,采集记录到了多条过电压数据,为站内绝缘配合及过电压的防护提供一定的依据和参考,同时为过电压故障原因的分析提供了有效的数据。     

特高压GIS变电站雷电侵入波过电压分析

针对特高压GIS变电站内雷电侵入波过电压问题,采用ATP-EMTP电磁暂态仿真程序,建立1 000kV GIS变电站的雷电过电压计算模型,通过对变电站内设备上最大过电压计算分析,验证变电站设备的绝缘裕度,进而确定并优化1 000kV GIS变电站避雷器的布置方案。     

110kV及以上变电站暂态过电压在线监测方法的研究

研究了110 kV及以上变电站采用变压器套管末屏安装低压臂分压器、GIS(断路器)装设手孔分压器的暂态过电压直接监测方法;采用电流传感器测量套管及避雷器等设备的接地回路暂态电流,采用光电集成电场传感器测量设备周围的电场,进而还原过电压幅值及波形的间接监测方法。重点开展了测量装置设计与研制、测量系统准确度校准、实验室与现场测量等工作,论证了各种监测方法的有效性和可行性,为今后变电站过电压监测的工程实践提供理论依据及指导。     

±800kV锦苏直流工程全压启动故障仿真分析

特高压直流系统出现全压启动故障时会在线路和直流母线设备上产生很高过电压,威胁设备和系统的运行安全。文中运用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立了±800 k V锦屏-苏州特高压直流工程全压启动故障计算模型,仿真计算了该工程在金属回线、单极大地回线和双极大地回线3种运行方式下出现全压启动故障时引发的过电压、过电流,分析了其波形与幅值,核算了此时设备的绝缘裕度是否满足要求。计算结果表明,在当前的避雷器配置下,锦苏特高压直流工程出现全压启动故障时的过电压最高达到1 398.5 k V,低于设备1600 k V的绝缘水平且满足10%的绝缘裕度要求。文中的研究成果可为特高压直流工程的设计、运行和维护提供参考。     

电网暂态过电压传感耦合技术述评

电网暂态过电压的仿真计算和现场实测,是目前研究系统绝缘配合、设备故障诊断和事故起因分析的主要手段;而实测暂态过电压是验证过电压仿真计算结论的首要依据。暂态过电压测量涉及电气、传感器、数据采集、信号处理、计算机等多个学科及其交叉,研究工作点多面广,但过电压分压器即电压波形信号的传感耦合方式是影响测量系统安全性、可靠性、准确性的核心和基础。主要对国内电网暂态过电压传感耦合技术的研究成果进行总结,同时结合本单位在交流500 k V、直流±500 k V以及特高压直流±800 k V和交流1 000 k V的输变电新(改、扩)建设备启动调试试验中百余站·次的暂态过电压测量情况,详细介绍了外接分压器、套管末屏串接无感电容、TV或CVT二次测量与反演、GIS内部内置电极等传感耦合技术,进而分析了上述技术存在的问题,并结合电网发展对暂态过电压传感耦合技术的发展趋势进行了展望。最后指出,随着电力系统向交直流特高压、智能电网、能源互联的方向发展,迫切需要开展特高压、交直流混联工况下系统的暂态扰动特性及其过电压测量和分析等方面的研究。     

10kV电网过电压监测装置设计及实测与仿真对比分析

为了解雷电过电压从输电线到变电站的传播过程以及过电压的波形特征和影响因素,采用基于两级阻容分压的10 kV电网过电压在线监测装置,采集到变电站10 kV母线上雷电过电压,并对反击雷电过电压波形进行了分析。实测反击雷电过电压波形包含振荡,并且幅值≤50 kV。利用PSCAD/EMTDC建立传输线和变电站的电磁暂态模型,仿真分析了母线上并联馈线、容性设备,以及避雷器动作对过电压波形的影响。仿真结果表明反击雷电过电压波形中的短暂上升沿是由绝缘子闪络引起。母线上并联容性设备使过电压振荡加强,并联馈线使过电压波形产生周期性振荡,并且馈线数量越多,振荡周期越短。受避雷器动作的影响,母线上反击雷电过电压迅速衰减,过电压波形包含不规则周期性振荡,并且过电压幅值被限制到50 kV。     

架空输电线路过电压在线监测系统

现有的过电压在线监测装置主要是针对变电站内的电气设备进行设计的,然而架空输电线路上的过电压与变电站内的过电压,其波形和幅值差异较大。同时,现有的故障录波器受自身功能的限制,不能对快速变化的过电压进行数据采集。因此提出了一种架空输电线路过电压在线监测系统,并对该在线监测系统进行硬、软件设计,分析了各部分组成结构和工作原理,同时提出了软件设计思想和运行流程图。对该装置进行性能测试,结果表明该在线监测系统在工频和冲击电压下,传感器测量精度高,嵌入式监测装置数据采集和储存可靠,与地面工作站通讯良好。     

支撑大数据分析的发电厂变电站全息录波方法

发电厂、变电站故障录波及基于此信息的电力二次设备动态行为分析技术是电力系统故障原因确认、保护及自动装置动作原理与整定值正确性检验的重要依据,故障录波器已成为厂站必配的二次装备。随着智能变电站技术的发展以及一次系统因大量新能源机组的接入、大量电力电子设备的应用而导致了故障特性的改变,现有的故障录波器已不能满足电力系统暂态记录与智能分析的要求,亟待发展新的故障录波与分析技术。在此背景下,回顾了现有故障录波器的主要技术特征,提出了面向未来发电厂、变电站的具有全景全时记录功能的全息录波新架构,可支撑基于大数据的故障分析需求。指出了全息录波的关键技术与解决思路。     

一种雷电波侵入变电站的扰动识别方法

雷击输电线路既可能导致保护误动作,又可能侵入变电站,引起系统过电压,为此提出了一种基于信号S变换的雷电侵入波对电网的扰动监测及其识别方法。基于变电站母线电压实时监测信号,利用S变换技术提取电压暂态信号在时域和频域内的波形特征,根据信号的主要谐波次数及其幅值大小和基波电压跌落差异,构建了普通短路故障、故障性雷击与非故障性雷击和其他扰动信号的识别判据。PSCAD仿真结果表明,该方法不受故障类型、故障接地电阻、故障初始时刻、雷击相别及雷电流大小的影响,识别灵敏度较高。     

氧化锌阀片分压提取GIS暂态过电压信号

为了在线测量电力系统GIS暂态过电压信号,研制了一款基于氧化锌阀片分压提取暂态过电压信号的装置。首先,介绍了该技术的基本原理;其次,通过ATP-EMTP搭建仿真电路,搭建了氧化锌阀片的分压电路,在暂态过电压、操作过电压和雷电过电压下进行实验,结果表明：在暂态过电压、操作过电压和雷电过电压下,阀片的分压比基本恒定,雷电过电压下波头出现过冲和振荡。最后对氧化锌避雷器进行扫频实验,结果显示在1.5MHz内氧化锌避雷器的频率特性基本不变,并验证了仿真的实用性。此测量技术对电力系统故障分析、电力设备绝缘耐受实验标准制定具有重要的知道意义。     

物联网技术在特高压变电站中的应用

随着物联网技术的发展,物联网在电力系统中的应用越来越受到重视。首先介绍了泛在电力物联网分层体系架构,概述了感知层、网络层、平台层和应用层4个层级的构成和基本功能,然后分析了特高压变电站设备的运行特性和运维监测的要求,从状态在线监测、安全风险评估、故障智能诊断分析控制处理、作业人员安全管控、主辅设备联动、智能化运行管理、备品资产精益化管理等方面,阐述了特高压变电站物联网典型的应用前景。变电站物联网建设,大大提升设备管理智能化水平,确保特高压系统长期安全稳定运行。     

对特高压变电站通信屏柜布局的建议

近年来一些超高压变电站通信屏柜布局忽略了一些技术细节,给日后的运行维护、后期扩展和反事故应急等造成了诸多不变甚至是隐患。特高压变电站刚刚起步,其通信系统设计也正在摸索,基本上与超高压变电站相似。文章就特高压变电站通信系统主要信号设备分层分区配置提出了建议,并在此基础上探讨了通信屏柜的布局,并分析了屏柜布局的一些细节问题。     

过电压监测技术与设备绝缘状态研究分析

针对电力系统的暂态过电压产生的危害问题,提出了开展暂态过电压监测的重要性,在此基础上设计了一种暂态过电压监测装置,长期挂网运行证明,该装置工作稳定、可靠.通过暂态过电压的在线监测,基于绝缘配合与设备绝缘状态的关系,综合分析变电设备的绝缘工作状况.预测变电设备的绝缘状态,提出对变电设备进行预防性检修与预知性维护工作的依据.     

基于暂态过电压下行波分析的变压器绕组变形在线故障定位方法

绕组变形是变压器内部的主要故障类型之一,严重威胁电力系统正常运行。为有效提高绕组变形在线检测的准确性,结合变压器在运行中遭受暂态过电压冲击的特性,提出基于暂态过电压下行波分析的变压器绕组变形在线故障定位方法。当暂态过电压信号侵入变压器绕组时,在绕组末端获取电压行波信号,采用具有自适应白噪声的完整集成经验模态分解方法(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)对其进行分解,得到本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),计算各IMF分量下的相关系数,对比分析后选取一些IMF的相关系数作为绕组变形的故障特征量,最后结合BP神经网络构建故障特征和故障点的映射关系,实现绕组变形的在线故障定位。仿真结果验证了本方法的可行性。     

±500kV直流输电线路暂态故障监测装置的设计与应用

高压直流输电系统因暂态过程导致故障或停运时,目前所采用的录波仪只能记录极线电压和电流,无法提供相关的高频故障波形信息以实现故障的快速识别,不利于迅速排除故障和恢复送电。为了监测直流输电线路上的高频暂态故障行波和雷电侵入波,文中研制了可直接安装于±500kV直流导线上的暂态故障监测装置,设计了适用于直流线路的新型供电系统、高频传感器、数据采集与传输单元等,并进行了现场应用,监测到的雷电波形数据与雷电定位系统进行对比后验证了装置的有效性和可靠性,可为直流输电系统暂态故障的监测、识别和复现提供技术手段。     

电力设备状态监测与故障诊断

综述了电力设备诊断技术研究的现状,包括在线监测系统的数据采集,数字信号的远程传送,频谱分析、相关性和小波分析等数据处理方法,应用模糊理论选取有效的故障信号特征量,应用多传感融合技术、特征空间矢量、最大隶属度原则等分析方法诊断故障。指出故障诊断存在信号收集受传感器可靠性、电磁场干扰、设备灵敏度等因素制约,自适应能力不足,统一理论基础缺乏等问题。最后展望了电力设备状态监测与故障诊断智能化、数字化的发展方向。