考虑母线残余电荷的快速暂态过电压计算分析

摘要

气体绝缘变电站（GIS）以其安全可靠、结构紧凑、抗干扰能力强、维护周期长等特点在电力系统中得到了广泛应用。GIS变电站内隔离开关操作会引起快速暂态过电压（VFTO）。VFTO具有波前时间短、频率高、幅值大等特点，在系统内的传播严重危害到许多电气设备的安全稳定运行。以往的VFTO研究表明，母线残余电荷对VFTO的影响十分明显，常用建模过程中利用带初始电压的电容或电流源模拟残余电荷，这种处理方法虽然简单，但是不能体现母线残余电荷的分布特性。为了更好地进行相关研究，本文主要进行了以下几方面工作。
　　首先，以某水电站500kVGIS为原型，建立了各元件等效模型，并且确定了相关参数，选定了几种典型GIS操作方式，计算了合闸与分闸操作方式产生的VFTO并进行了对比分析。
　　其次，针对利用集中电容不能完全模拟母线残余电荷分布特性的缺陷，利用电荷投影法推导计算了将母线视为有限长导体时的残余电荷密度分布，建立了具有残余电荷分布特性的母线计算模型，计算了考虑母线残余电荷分布特性时的VFTO。
　　最后，本文分析了支撑绝缘子等效电容、弧道电阻、架空线长度、隔离开关动作时间几个因素对VFTO的影响，结果表明选取合适的操作方式与操作时间、改变变压器与GIS的连接方式可有效降低VFTO的幅值。开关并联电阻和氧化锌避雷器能够有效治理VFTO。
　　通过计算与分析，得到以下结论。分闸操作时VFTO危害往往较合闸操作时更为严重；残余电荷在母线上的分布很不均匀，电荷在母线端部集中的趋势十分明显。并说明了残余电荷对不同节点VFTO的影响程度不同；氧化锌避雷器和开关并联电阻对VFTO有较好的抑制作用。本文不仅对于完善VFTO计算模型具有十分重要的理论意义，同时，对GIS设计与运行具有一定的实际指导意义。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外主要研究进展

1.3 本文主要研究内容

2 500kVGIS计算模型的建立

2.1 ATP-EMTP程序介绍

2.2 GIS中各元件的模型及参数

2.3 不同操作方式下VFTO计算和分析

2.4 本章小结

3 残余电荷分布特性及其对VFTO的影响

3.1 有限长带电导体的电荷分布

3.2 考虑残余电荷分布的母线模型

3.3 残余电荷分布特性对VFTO的影响

3.4 残余电荷电压对VFTO的影响

3.5 本章小结

4 VFTO的影响因素及抑制措施

4.1 影响VFTO的主要因素

4.2 VFTO的抑制措施

4.3 本章小结

5 结论

致谢

参考文献