特高压交流开关型可控避雷器的参数选择和样机研制

鉴于特高压交流输电系统深度降低操作过电压的迫切需求,及目前操作过电压常规限制措施——断路器加装合闸电阻和常规避雷器在经济性和运行可靠性方面存在的不足,提出一种自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法。该方法的核心内容是将在变电站线路侧安装可控避雷器和在线路中部安装常规避雷器结合起来,深度降低操作过电压,取消断路器合闸电阻。可控避雷器技术是操作过电压柔性限制方法的核心,目前主要聚焦于特高压交流开关型可控避雷器技术研究。阐述了开关型可控避雷器技术的工作原理;给出特高压交流开关型可控避雷器的参数选择,包括额定电压、可控比、避雷器本体参数和控制单元(包括控制开关和控制器)参数等;研制出避雷器本体、控制单元和控制器;在此基础上,经过整体集成,研制出可控比为15%的特高压交流开关型可控避雷器样机。并对样机开展了电气性能试验研究,充分验证了开关型可控避雷器的可行性和可靠性。可控避雷器的研制成功为特高压交流输电系统操作过电压限制提供了一种新技术,可显著提高工程的经济性和可靠性。     

可控金属氧化物避雷器操作冲击动作特性试验方法

可控金属氧化物避雷器(简称可控避雷器)是一种可以深度降低特高压交流输电系统操作过电压的新型设备,现有的避雷器试验方法无法检验其在操作冲击下的动作特性。为此,分析了可控避雷器在操作冲击下的动作特性,设计了检验可控开关动作时延和可控开关动作前后避雷器残压这两个动作特性的试验方法,采用操作冲击电流和操作冲击电压分别进行了试验。通过在现有残压试验回路中并联调波电容实现了冲击电流试验方法。采用冲击电压发生器及其调节和测试回路实现了冲击电压试验方法。研制了一种110kV电压等级的可控避雷器模型,利用该模型开展了试验研究;结果表明,可控避雷器在操作冲击电压下能够可靠动作。与常规避雷器相比,在相同电流下,可控避雷器模型的残压降低幅度与设计可控比(25%)接近,所设计的可控避雷器模型具有预期的限压效果。验证了提出的可控避雷器动作特性试验方法的有效性。     

特高压氧化锌避雷器电压分布的计算与试验

在特高压电网中,避雷器电压均匀分布是避雷器安全稳定运行的基础。通过电磁场计算和电路分析——场—路结合方法,计算特高压氧化锌避雷器电阻片的电压分布特性。通过试验调整均压环和施加集中电容改善避雷器的电压分布,使电压分布不均匀系数控制在±10%内。     

可控避雷器的静态电位分布计算方法

可控避雷器的晶闸管开关中晶闸管的等效电容CT随端电压UT的变化而变化,在计算可控避雷器静态电位分布时,须考虑该特点。将"场路结合法"与CT随UT的变化规律相结合,提出了可控避雷器静态电位分布计算方法,即先建立受控元件、固定元件和晶闸管均压电阻的电场数值计算模型,求出等效杂散电容网络;再通过试验检测和曲线拟合,求出晶闸管CT和UT之间的函数关系;然后建立可控避雷器等效电路模型,将CT和UT之间的函数代入电路模型中,通过反复迭代,求得各电极电位UFi与避雷器端电压Us之间的函数;最后将UFi与Us之间的函数代入电场数值计算模型中,求出可控避雷器静态电位分布随Us的变化规律。经试验验证,该计算方法用于求解可控避雷器静态电位分布是有效的。     

1000kV特高压避雷器型式试验方法的探讨

因试验设备容量和电压的限制,1000kV特高压避雷器的部分型式试验,需要从可行性和等价性两方面重新考虑确认。本文以瓷套型避雷器为例,对电压电流作用、残压控制进行了分析论证,对部分型式试验方法进行了可行性和等价性探讨,并给出结论与建议。GIS型避雷器的相关试验与此相同或类似,可参考之。目前1000kV特高压避雷器的型式试验早已全面完成。本文的目的在于总结积累经验、统一提高认识,将来更好地为其它交流特高压工程服务。     

特高压无间隙金属氧化物避雷器均压电容柱电位分布研究

超、特高压避雷器电位分布的改善通常采用综合均压措施,即在高压端加均压环,同时在避雷器元件上并联均压电容柱。虽然均压电容柱能有效改善避雷器电压分布,但也带来了性能难以检验及参数选择不当会使避雷器运行可靠性下降等诸多不安全因素。通常均压柱中电容器电容比避雷器电阻片电容小很多,电容柱自身的电位分布比电阻片柱更不均匀,局部电容器的荷电率很高,会导致其加速老化,直至毁坏。文中采用有限元法建立1 000kV交流系统无间隙金属氧化物避雷器挂网运行时的三维仿真模型,在给定的均压环配置基础上,计算分析了均压电容柱的电位分布,得出电容值和电容器、垫片的排布对电容柱电位分布的影响显著,特别是避雷器元件两端靠近法兰的电容器承担的电压需要关注,必须合理选择电容器参数,为特高压避雷器均压电容器参数的合理选取提供参考依据。     

1 000 kV瓷外套金属氧化物避雷器的电位分布研究

按照中国特高压避雷器技术条件和相关国家/IEC标准,研发了1 000 kV瓷外套避雷器。应用3-D电场解析控制技术,解析各种情况下的电位分布,并完成有/无均压电容结构的设计,且完全满足技术条件要求。应用精密漏电流传感器探头,通过整只避雷器试验,证实解析结果的精确度。试验结果表明,无均压电容结构,电位分布不均匀系数为1.14,荷电率为88%;有均压电容结构,电位分布不均匀系数为1.08,荷电率为83%。尽管2种设计都满足技术条件要求,有均压电容结构首先被应用于特高压试验示范工程。对无均压电容结构避雷器,应在特高压交流试验基地带电考核的基础上,应用于将来的特高压工程。     

带串联间隙1000kV特高压交流输电线路避雷器关键技术参数分析

为提高交流特高压输电线路的耐雷水平,调研收集了交流特高压输电线路的研究成果。结合中国交流特高压示范工程运行经验,并采取仿真计算和试验验证的方法,从本体参考电压、标称放电电流、能量吸收能力、放电电压、保护水平等方面对交流特高压线路避雷器的关键技术参数进行了分析。根据研究结果,提出对于特高压交流线路避雷器,其本体直流参考电压应≥1 086kV;标称放电电流应为30kA;2ms方波通流能力应≥1 500A;雷电冲击50%放电电压应≥2 900kV;雷电冲击残压≤2 150kV。     

多柱并联避雷器的残压和电流分布控制

1000 kV交流特高压避雷器和高压直流避雷器(±500、±660、±800 kV等)往往在结构上采用多柱并联(甚至多只并联),以增强其能量吸收能力或降低残压。那么多柱并联避雷器的残压和电流分布应如何控制,才能通过型式试验和例行试验满足标准和技术协议的要求呢?针对目前认识误区,以1 000 kV交流特高压避雷器为例,利用数学分析论证的方法,解剖多柱避雷器残压和电流分布的控制原理,并提出可应用于实际的控制建议,其结果可推广到相同结构的高压直流避雷器(或交直流避雷器的相关试验)之中。     

特高压可控避雷器用高可靠性断路器研发设计

可控避雷器控制单元(断路器)的动作可靠性,是其功能实现的关键。开发了一种用于1 100 kV开关型可控避雷器的断路器,通过优化弹簧机构控制回路、缩短绝缘拉杆长度、优化传动形式等措施,提高断路器分合闸操作可靠性,根据国家标准完成15 000次机械寿命型式试验(超M2级),验证了优化措施的有效性。     

1000kV电压互感器选型及罐式CVT的研制

为满足后续特高压交流工程建设需求,对1 000kV特高压交流工程电压互感器的选型进行了研究,并开展了1 000kV罐式电容式电压互感器(罐式CVT)的研制。同时分析了我国1 000kV特高压交流工程用电压互感器选型所考虑的因素,着重介绍了1 000kV特高压交流工程气体绝缘变电站(GIS)用罐式CVT所具有的特点及试验情况。研制的罐式CVT的耦合电容分压器及电磁单元均为SF6气体绝缘结构,其中高压臂电容为2个金属同轴电极结构,耦合电容分压器额定电容量仅有500pF甚至300pF,二次输出可以满足30VA或10VA的容量要求。该罐式CVT样机已顺利通过例行试验,型式试验及特殊试验。最后对试验中的主要试验项目进行了分析,表明罐式CVT在绝缘性能、误差性能、铁磁谐振性能及暂态响应性能等方面都符合特高压GIS用电压互感器的技术要求。     

特高压可控避雷器参数配置及控制策略

可控避雷器通过动态改变伏安特性可实现操作过电压的深度限制,进而取消特高压系统断路器合闸电阻,提高工程经济性和可靠性。该文研究了可控避雷器对合闸操作过电压幅值、分布、波形等特性的影响;研究了可控避雷器参数在不同系统条件、线路长度下的适应性,提出取消断路器合闸电阻的可控避雷器参数配置方案;分析了可控避雷器的控制策略和实现方法;研究了可控避雷器在不同参数、不同工况下的工作条件。研究结果表明:长度400 km以内的特高压线路,采用15%～25%可控比的可控避雷器,可将合闸操作过电压限制在允许范围;可通过监测线路电压判断线路状态进而实现可控避雷器的控制;在所提出的参数配置和控制策略下,可控避雷器能耗、工频电压耐受均满足要求。     

交流特高压避雷器电压分布的测量与分析

由于1000kV交流特高压氧化锌避雷器(MOA)因其元件数多、结构高度尺寸巨大,其电压分布会影响其安全运行,探讨了该电压分布不均匀系数的测量。光纤电流法是一种有效的测量方法,利用此方法可对典型设计的交流特高压MOA进行电压分布试验;通过测量结果合理调整并联补偿电容的方法,获得了理想的均压效果。同时还分析了影响测量结果的各种因素和产品制造过程中应注意的问题。经比较和综合考虑,最优方案的最大电压不均匀系数可达+6.29%,完全可满足交流特高压MOA技术条件对电压分布特性的要求。     

断口冲击联合电压试验中工频侧电压跌落问题研究

开关设备断口的联合电压试验是其重点绝缘型式试验项目。在进行冲击+工频联合电压试验中,由于两个高压电源回路间存在电容耦合,试验时冲击电压会引起工频侧电压跌落,需要采取适当的跌落补偿措施。讨论了联合电压试验中反向工频电压峰值系数的取值问题。以某1100kV GIS型隔离开关的雷电冲击联合电压试验(LIWV+AC)为例,通过实际试验结合等效电路计算分析和ATP-EMTP仿真,重点研究了试品断口电容、附加电容等参数对工频侧电压跌落的影响,给出了合理的试验方法,并对实际试验中应当注意的问题进行了总结。     

750 kV/±800 kV输电工程交流滤波器暂态定值研究

特高压直流输电工程换流器运行中会产生大量谐波,对电力系统稳定和通信线路运行等均会造成不良影响.加装交流滤波器可以有效地降低换流器谐波危害,提高系统运行可靠性,同时补偿换流器运行中所需的无功.为了使交流滤波器在各种工况下都能安全运行,必须合理地配置避雷器并确定交流滤波器的绝缘配合方案.750 kV/±800 kV接入方案是±800 kV特高压直流输电工程最新的接入交流方案,首次根据特高压直流输电工程功能规范书的要求和交流滤波器元件参数特性,选取最严酷的运行工况,计算了交流滤波器暂态负荷情况,研究了交流滤波器内各元件电容、电抗、电阻以及避雷器的暂态电流、电压和能量,确定了交流滤波器各元件的绝缘水平和避雷器参数配置.研究表明,±800 kV特高压直流直接接入750 kV交流系统,合理配置交流滤波器避雷器可以有效降低滤波器设备内各元件的保护水平,同时满足特高压直流输电工程安全运行要求.研究结果可为工程建设提供技术支持.     

特高压1100 kV柱式断路器断口均压电容器配置研究

特高压柱式断路器由多断口串联的灭弧室组成,在开关挂网运行时,各断口承受的电压由于分布电容的影响分配不均匀,断路器断口并联均压电容器,可以保证各个断口的电压分布较为均匀。本文以1 100 kV柱式断路器为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件计算断路器断口分布电容,并应用数字仿真软件ATP建立电容等值模型,计算不同均压电容器配置方式下各断口的电压不均匀系数。计算结果表明:当柱式断路器4个断口并联的电容器容量分别为2 500 pF,2 000 pF,2 000 pF,2 500 pF时,各断口的电压不均匀系数均小于1.1,电压分布较为均匀。     

瑞典建立世界首个增效节能特高压试验中心

世界首个增效节能特高压试验中心近日在瑞典路得维克（Ludvika）建立，可对800kV的直流输电技术进行长期测试。试验中心的测试电压为DC 850kV，可测试设备包括变压器、变压器套管、穿墙套管、旁路断路器、避雷器、滤波电容、分压器、RI电容器、隔离开关、光缆和柱形绝缘子。     

双断口结构对特高压SF_6断路器电场分布的影响分析

特高压断路器中常采用双断口或多断口串联,但串联结构在开断过程中会产生各断口间电位分布不均的情况,导致断口电场分布发生改变。为此,基于能量扰动法求得1 100 kV双断口SF6断路器灭弧断口等效电容及断口对地等效电容,确定并联电容值,进而得到双断口分压比。再采用有限元法仿真计算了断口的非对称3维电场,定量描述、对比分析了550 kV单断口灭弧系统与1 100 kV双断口灭弧系统触头沿面电场强度,得出了不同灭弧单元的电场变化规律,以及双断口结构对电场强度分布的影响。结果表明,采用双断口串联结构时,灭弧系统的断口间电压分配不均匀,且分压比随着开断距离的增大而减小;进而导致断口间电场强度以及开断故障电路时电弧重燃风险增大。因此有必要对双断口灭弧系统断口结构进行优化设计。     

瑞典建立世界首个增效节能特高压试验中心

世界首个增效节能特高压试验中心近日在瑞典路得维克(Ludvi ka)建立,其可对800kV的直流输电技术进行长期测试。试验中心的测试电压为DC850kV,可测试设备包括变压器、变压器套管、穿墙套管、旁路断路器、避雷器、滤波电容、分压器、RI电容器、隔离开关、光缆和柱形绝缘子。     

750kV/±800kV输电工程交流滤波器暂态定值研究

特高压直流输电工程换流器运行中会产生大量谐波,对电力系统稳定和通信线路运行等均会造成不良影响。加装交流滤波器可以有效地降低换流器谐波危害,提高系统运行可靠性,同时补偿换流器运行中所需的无功。为了使交流滤波器在各种工况下都能安全运行,必须合理地配置避雷器并确定交流滤波器的绝缘配合方案。750kV/±800kV接入方案是±800kV特高压直流输电工程最新的接入交流方案,首次根据特高压直流输电工程功能规范书的要求和交流滤波器元件参数特性,选取最严酷的运行工况,计算了交流滤波器暂态负荷情况,研究了交流滤波器内各元件电容、电抗、电阻以及避雷器的暂态电流、电压和能量,确定了交流滤波器各元件的绝缘水平和避雷器参数配置。研究表明,±800kV特高压直流直接接入750kV交流系统,合理配置交流滤波器避雷器可以有效降低滤波器设备内各元件的保护水平,同时满足特高压直流输电工程安全运行要求。研究结果可为工程建设提供技术支持。