真空断路器投切10kV并联电抗器过电压抑制方法

摘要

真空断路器(vacuum circuit breaker，VCB)由于其优良的性能广泛应用于10kV电力系统中，然而在其频繁投切并联无功补偿电抗器(shunt reactor, SR)的过程中，却时常发生开关柜爆炸、电抗器和站用变(substation transformer, ST)等设备的绝缘击穿等事故，影响电力系统稳定运行。有关真空断路器投切操作过电压抑制的研究受现场试验条件限制多集中于仿真计算，且多数仿真研究未能基于实测真空断路器电压电流特性搭建有效的熄弧重燃模型对抑制措施进行系统全面的仿真探索。　　本文通过理论分析、仿真计算和现场试验，开展了真空断路器投切 10 kV 并联电抗器过电压抑制方法研究。论文的主要工作如下：　　基于Helmer模型，通过对前期云阳变电站现场试验捕获的断路器实测电压电流信号进行统计分析，得到该理论中描述电弧熄灭重燃的3个特性参数的典型值，在ATP-EMTP中搭建了真实有效的真空断路器模型，进行一系列抑制措施的仿真，探究避雷器伏安特性、阻容吸收器的电容值以及保护设备的安装位置与数量对抑制效果的影响规律。最后在同一变电站开展现场试验以验证仿真的有效性，并得出最合理的抑制措施。得到结论如下：　　① 真空断路器分闸并联电抗器时，通常是首开相发生重燃且几率较低，但重燃过电压的幅值较高，是威胁系统绝缘的主要因素。真空断路器合闸并联电抗器时，通常是三相均发生预击穿且几率极高，预击穿过电压的幅值不高，但设备在长期承受过电压的情况下也可能受损，故应给予足够重视。　　② 避雷器仅能够限制过电压幅值。伏安特性曲线越低，抑制效果越好。单一避雷器只能抑制对应安装处过电压，为达到抑制效果需在多处加装。因避雷器的非线性特性，对分闸重燃过电压抑制效果明显，对合闸预击穿过电压的限制并不明显。　　③ 阻容吸收器不仅能够限制过电压幅值，而且还可以降低振荡频率和上升陡度。电容值与保护效果呈正相关但有饱和效应。与避雷器类似，安装位置对过电压抑制存在影响，但单一阻容吸收器已经能够拥有较好的抑制效果。阻容吸收器的接入改变了高频回路的振荡参数，对重燃过电压和预击穿过电压均有着出色的抑制效果。　　④ 考虑到阻容吸收器的安全隐患和避雷器伏安特性所引起的抑制效果差异，对于真空断路器投切 10 kV 并联电抗器的操作过电压，最合理的抑制措施为在站用变与电抗器处电缆末端同时安装12/32.4 kV避雷器。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 投切并联电抗器过电压产生机理的研究现状

1.2.2 投切并联电抗器过电压抑制措施的研究现状

1.2.3 投切并联电抗器过电压暂态过程仿真的研究现状

1.2.4 国内外研究现状总结

1.3 论文的主要研究工作

2 基于实测电压电流特性的10 kV真空断路器建模

2.1 暂态信号的测量与采集

2.2.1 分闸过电压产生机理

2.2.2 分闸重燃模型建立

2.2.3 分闸重燃模型验证

2.3.1 合闸过电压产生机理

2.3.2 合闸预击穿模型建立

2.3.3 合闸预击穿模型验证

2.4 本章小结

3 投切10 kV并联电抗器过电压抑制方法仿真

3.1投切10 kV并联电抗器过电压抑制方法的仿真方案

3.2 分闸重燃过电压抑制方法仿真

3.2.1 避雷器对分闸重燃过电压的影响

3.2.2 阻容吸收器对分闸重燃过电压的影响

3.3 合闸预击穿过电压抑制方法仿真

3.3.1 避雷器对合闸预击穿过电压的影响

3.3.2 阻容吸收器对合闸预击穿过电压的影响

3.4 本章小结

4 投切10 kV并联电抗器抑制方法现场试验验证

4.1 现场验证试验抑制方案的确定

4.2 分闸10 kV并联电抗器现场验证试验结果分析

4.3 合闸10 kV并联电抗器现场验证试验结果分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

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参与的科研项目目录

C 学位论文数据集

致谢