特快速暂态过电压特性分析及其数值仿真研究

摘要

超高压和特高压输电技术的发展，使得各级变电站广泛使用全封闭气体绝缘变电站(GIS，Gas Insulated Switchgear)设备。全封闭气体绝缘变电站(GIS)中的隔离开关在例行操作过程中会产生一种的特快速暂态过电压(VFTO，VeryFast Transient Overvoltage)，它具有幅值大、频率高、波前时间短等特点。它容易引起一系列的电气绝缘击穿和电磁干扰等事故，对GIS本体、变压器及相邻电气设备的绝缘安全造成很大危害。实际运行发现，特快速暂态过电压对420kV及以上电压等级的GIS变电站造成严重危害。因此，非常有必要对超高压和特高压输电系统GIS中特快速暂态过电压展开研究。
　　本文主要研究特快速暂态过电压是如何产生的以及特快速暂态过电压幅值、陡度和频率等特征值。重点研究残余电荷、变压器影响因素，包括入口电容、电压的上升时间、GIS的支路长度和开关弧道电阻。进而找寻有效的特快速暂态过电压的防护方法。并利用ATP-EMTP电磁暂态程序仿真特快速暂态过电压产生的波形，对波形分析研究。再用ATP-EMTP程序仿真出加防护措施后的特快速暂态过电压波形，分别进行分析比较，对比后找出有效的防护措施。从而有效的降低GIS中特快速暂态过电压的危害性。
　　本文选取1000kV特高压输电系统GIS中产生的特快速暂态过电压，对其进行EMTP仿真研究，并重点研究特快速暂态过电压的危害性。从而根据数值仿真结果提出加500Ω合闸电阻、安装金属氧化物避雷器、加铁氧体磁环等有效的防护措施。对于未来GIS及相关设备绝缘水平设计和电力系统安全、经济的可靠运行具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 国内外特快速暂态过电压的研究现状

1．3 特快速暂态过电压的研究意义

1．4 本文研究内容

第二章 GIS中的特快速暂态过电压

2．1 特快速暂态过电压的产生机理

2．2 特快速暂态过电压的特性

2．2．1 特快速暂态过电压的幅值特性

2．2．2 特快速暂态过电压的陡度特性

2．2．3 特快速暂态过电压的频率特性

2．3 特快速暂态过电压的影响因素

2．3．1 残余电荷

2．3．2 变压器的入口电容

2．3．3 GIS的支路长度

2．3．4 电压的上升时间

2．3．5 隔离开关弧道电阻

2．3．6 其他因素的影响

2．4 特快速暂态过电压的抑制措施

2．4．1 快速动作隔离开关

2．4．2 加装合闸电阻

2．4．3 安装金属氧化物避雷器

2．4．4 铁氧体磁环

2．4．5 加装R-C滤波器

2．4．6 耦合电容器

2．4．7 其他防护措施

2．5 本章小结

第三章 特高压GIS中VFTO的EMTP仿真研究

3．1 电磁暂态计算常用的系统模型

3．1．1 架空线路和电缆

3．1．2 变压器

3．1．3 断路器和隔离开关

3．2 ATP-EMTP电磁暂态计算程序简介

3．2．1 EMTP简介

3．2．2 ATPDraw简介

3．3 1000kV特高压变电站仿真建模及分析

3．3．1 ATPDraw程序中的仿真模型

3．3．2 GIS变电站主要设备上的仿真波形

3．3．3 GIS主要设备上VFTO的幅值分析

3．4 本章小结

第四章 特高压GIS中VFTO的影响因素仿真研究

4．1 残余电荷对VFTO的影响仿真分析

4．1．1 有残余电荷时的仿真波形

4．1．2 残余电荷下的VFTO最大值分析

4．2 入口电容对VFTO的影响仿真分析

4．2．1 入口电容增加5000pF时的仿真波形

4．2．2 当入口电容增加时VFTO的幅值分析

4．3 GIS支路长度对VFTO的影响仿真分析

4．3．1 不同支路长度增加对VFTO幅值的影响

4．3．2 长度增加60m时的仿真波形

4．3．3 增加支路长度时VFTO的幅值分析

4．4 开关弧道电阻对VFTO的影响

4．4．1 时变电阻模型的仿真波形

4．4．2 不同隔离开关模型VFTO的幅值分析

4．5 本章小结

第五章 特高压GIS中VFTO的抑制措施仿真研究

5．1 加装合闸电阻

5．1．1 不同时间投入合闸电阻时VFTO的幅值

5．1．2 投入合闸电阻后的仿真波形

5．2．3 投入合闸电阻后VFTO的幅值分析

5．2 安装金属氧化物避雷器

5．2．1 安装避雷器后VFTO的仿真波形

5．2．2 安装避雷器后VFTO的幅值分析

5．3 加装铁氧体磁环

5．3．1 加装铁氧体磁环后VFTO的仿真波形

5．3．2 加装铁氧体磁环后VFTO的幅值分析

5．4 加装R-C滤波器

5．4．1 加装R-C滤波器后的仿真波形

5．4．2 加装R-C滤波器后VFTO的幅值分析

5．5 加装阻波器

5．5．1 加装阻波器后的仿真波形

5．5．2 加装阻波器后VFTO的幅值分析

5．5．3 加装阻波器后阻波器上的仿真波形

5．6 简化接线

5．6．1 简化接线后的仿真波形

5．6．2 简化接线后VFTO的幅值分析

5．7 VFTO的主要防护措施分析

5．8 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢