真空断路器投切10kV并联电抗器过电压机理研究

摘要

近年来，真空断路器因其具有开断容量大、适合频繁操作和维护简单等独特优点，而被广泛应用于变电站无功补偿设备的投切操作。然而，在一定的系统条件下，真空断路器投切10 kV并联无功补偿并联电抗器时，断路器的断口间隙可能会产生连续的电弧重燃与熄灭现象以及多次预击穿现象，在变电站低压侧形成幅值与频率极高的过电压，导致断路器、电抗器以及站用变等设备的绝缘击穿事故频发，危害严重。
　　为探明此类过电压事故的形成机制，在重庆某220 kV变电站10 kV侧运行电网事故回路的基础上搭设试验平台，进行了一系列的现场试验研究，获得了投切操作暂态波形数据，推断出投切操作时最为可能的事故原因。本文为搭建精确的真空开关仿真模型，从现场试验波形数据中提取出真空开关仿真模型所需的特征参数，在ATP-EMTP中搭建真空断路器合闸预击穿和分闸电弧重燃的MODEL控制模型，建立现场试验的等效三相仿真电路，对模型的准确性进行验证。本论文研究工作的主要内容如下：
　　①结合试验所在地电力设备分布特点，研制出了10 kV并联电抗器回路投切操作暂态试验系统，提出了一种无功设备投切操作暂态试验系统的信号触发控制系统，并成功捕获了投切操作暂态过程中的过电压、电流波形数据。
　　②对真空断路器投切10 kV并联无功补偿电抗器操作进行了现场试验研究，获得分闸电弧重燃与合闸预击穿等不同操作引发的系统暂态波形数据，数据特征明显，基于电路理论在对投切操作暂态过程和现象进行分析的基础上给出了该工况下过电压的形成机制，在此基础之上给出了过电压抑制措施的几点建议。
　　③统计得到真空断路器合闸操作的不同期特证和投切操作暂态过程中断口间隙介质动态绝缘强度的恢复曲线以及高频电流灭弧特性，搭建真空断路器分闸电弧重燃和合闸预击穿模块，考虑电缆三相间的寄生参数，在ATP-EMTP中建立真空断路器投切并联无功补偿电抗器现场试验的等效三相仿真电路，并将仿真结果与试验结果进行对比分析，对仿真模型的有效性与准确性进行校验。
　　综合以上研究得出：真空断路器合闸10 kV并联电抗器时极易发生单相预击穿现象，也可在系统中形成幅值与频率极高的暂态过电压；分闸重燃机率比较低，但重燃会在系统中形成幅值和暂态恢复电压上升率更高的过电压，是现场事故最为可能的原因。基于现场试验数据搭建的真空开关仿真模型所得仿真波形数据与试验波形数据的对比分析显示，仿真结果与试验结果基本一致。研究结果进一步完善了该工况下过电压的形成机理和真空开关的仿真模型。因此，本论文的研究工作对改进变电站电力设备的绝缘配合和真空开关仿真模型的实际应用具有重要的意义。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2国内外研究现状综述

1.3论文的主要工作

2 投切10 kV并联电抗器操作的暂态试验系统

2.1引言

2.2 10 kV并联电抗器回路操作现场试验系统简介

2.3 10kV并联电抗器回路操作现场试验系统的基本结构

2.4 10kV并联电抗器回路操作现场试验系统的基本模块

2.5本章小结

3 投切10 kV并联电抗器暂态过程的试验研究

3.1引言

3.2现场试验情况简述

3.3试验结果

3.4投切操作暂态过程分析

3.5本章小结

4 真空断路器预击穿和重燃模型的建模及验证

4.1引言

4.2试验回路主要设备仿真模型

4.3真空断路器仿真模块的建模

4.4真空断路器仿真模块的验证

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读硕士学位期间发表的专利目录：

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目：