特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

变电所电压互感器二次绕组中性点的接地

讨论变电所高压配电装置电压互感器二次绕组中性点的接地方式及中性点过电压保护器的选择。     

特快速瞬态过电压和雷电冲击作用下特高压GIS绝缘特性

随着电压等级的提高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击(LI)耐受电压和特快速瞬态过电压(VF-TO)水平的差异越来越小,由VFTO引起的绝缘事故也日益严重。为研究特高压GIS在VFTO下的绝缘耐受水平,设计了VFTO模拟产生装置,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板间隙在VFTO和雷电冲击下的绝缘特性。实验结果表明:稍不均匀电场间隙在VFTO下的击穿电压高于雷电波;对于高气压下棒-板间隙,负极性VFTO下的击穿电压和伏-秒特性曲线位于雷电波之下;雷电冲击下棒-板间隙极性效应在一定的气压下会出现反转现象。分析表明:在不同冲击波前和振荡波尾的VFTO和雷电波作用下SF6气体间隙击穿特性的差异与放电过程中空间电荷行为的差异有关。     

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。     

特高压半波长交流输电线路电磁暂态仿真

特高压半波长交流输电线路送端和受端电压相差不大,沿线电压分布比较均匀,理论上是较理想又经济的长距离大容量输电方式。要实现特高压半波长交流输电,需要解决许多关键技术问题,如抑制工频过电压、操作过电压、不对称接地故障过电压以及解决潜供电流大和恢复电压高等问题。为此,建立了特高压半波长输电系统研究模型,进行了基于单一电厂通过特高压半波长输电线路向大系统送电方式下的电磁暂态仿真。仿真结果表明半波长线路沿线每100km需安装3组避雷器、全线分段安装7组高速接地开关(HSGS)或采用三相重合闸能有效抑制工频过电压、操作过电压和潜供电流。     

纳秒脉冲下SF6气体放电特性

随着电力系统电压等级的提高,特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)对气体绝缘变电站(gas insulated switchgear,GIS)的安全稳定运行产生了越来越严重的威胁,为了提高设备运行的安全稳定性,促进设备小型化,需要深入分析VFTO下SF6气体的绝缘特性。因而该文利用基于半导体断路开关(SOS)的ns脉冲源SPG 200N的输出电压模拟VFTO波形的快速上升过程,黄铜板-板电极模拟GIS内的均匀场,研究了ns脉冲下SF6气体的放电特性,得到了重频耐受时间、施加脉冲个数等与重复频率的关系。实验结果表明,重频耐受时间随着脉冲重复频率的提高而降低,但击穿前所施加的ns脉冲个数与重复频率的关系比较复杂。随着气压的升高,临界击穿场强与气压的比值E/p有所下降,但在该文研究范围内其值仍高于理想状态下稳态电压对应的单位气压下临界值88.5kV/(mm.MPa)。获得的SF6放电特性为进一步明确VFTO下SF6气体的放电机理提供了实验依据。     

架空线路良导体地线的选型和施工弧垂观测档的确定

目前的设计规程没有对输电线路导线与良导体地线配合的地线选型作出规定,为此从理论上阐述了在大气过电压(无风、无冰、+15℃)条件下导线与地线的电气距离计算方法,同时提出按耐张方式挂线时良导体地线应力的求解方法和弧垂观测档的确定方法。实践证明所提计算方法使良导体地线既能满足工程防雷设计要求,又符合结构强度的选型要求。     

变压器与并联电容器的铁磁谐振分析

当变压器空载或轻载运行时,线路发生断线故障或断路器非同期合闸,可能造成并联电容器组与变压器铁芯线圈发生铁磁谐振。以系统发生单相断线故障为例,推导出谐振时电网电压与并联电容器的谐振条件表达式。通过分析谐振时并联电容器组与变压器铁芯线圈伏安特性,给出并联电容器与变压器产生铁磁谐振的机理和特点,并提出了有效抑制铁磁谐振发生的具体措施。仿真结果验证了理论分析与抑制方法的正确性。     

昭通—从化直流输电工程孤岛运行时换流站交流过电压水平研究

孤岛运行作为昭通—从化±500 kV同塔双回直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效地提高南方电网的稳定水平,但必须以解决换流站交流过电压问题为前提。对该工程孤岛方式下的交流过电压水平进行了计算,结果表明:换流母线最大操作过电压水平为1.68 p.u.,满足规程要求;暂时过电压水平最高达1.49 p.u.,采取措施后其持续时间短,满足设备要求;小组交流滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压最大值不超过1 329 kV;考虑发生概率很小的双回直流双极ESOF这一苛刻工况,A型避雷器最大吸收能量为3 617 kJ,裕度39.7%。因此,孤岛运行方式下设备的过电压水平、避雷器能耗以及小组滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压均满足要求。     

舟山多端柔性直流工程过电压与绝缘配合

舟山多端柔性直流工程过电压与绝缘配合研究为工程实施提供了基础技术支撑.为确定避雷器保护配置方案及设备绝缘水平,开展了成套设计研究,确定了工程的主回路参数及主接线.按照舟山多端柔性直流工程控制策略建立了电磁暂态仿真模型,模型中的换流器子模块电容、联结变压器、桥臂电抗器及直流电抗器电感值、接地方式的选择和电缆参数的选取均对过电压仿真结果有较大影响.在详细开展设备参数研究的基础上,为了选取并用于建模,开展了过电压研究,确定了主要设备的绝缘水平.对于本工程关键设备——直流电缆,提出采用30％的绝缘裕度以确保运行安全,并最终确定其绝缘水平为510 kV.研究结果已应用于舟山多端柔性直流工程,研究手段为其他同类工程提供了参考.