1000kV GIS变电站特快速暂态过电压的仿真研究

摘要

由于超高压和特高压输电技术逐渐发展，每级变电站通常采用的是全封闭气体绝缘变电站(GIS，Gas Insulated Switchgear)设施。在通常操作GIS中的隔离开关时会有一种特快速暂态过电压(VFTO，Very Fast Transient Overvoltage)，它具有高幅值、大频率、较少的波动时间等特征。它导致GIS本体和一些相关的电气设备容易发生绝缘安全问题，极大地增加了电气绝缘击穿等事故发生的概率。因此，对特高压输电系统GIS中特快速暂态过电压展开深入研究是极其重要的。
　　本文主要研究VFTO的产生及其影响因素，并探究几种抑制VFTO的有效措施。本文选取1000kV特高压输电系统GIS变电站中产生的VFTO作为研究对象，在ATPDraw中建立仿真模型，仿真出GIS的隔离开关合闸时所产生的VFTO的波形，并作详细的研究分析。重点研究影响GIS各关键设备VFTO的主要因素，包括入口电容、GIS的支路长度和开关弧道电阻，在原仿真模型的基础上，改变各种因素，仿真出结果，找出影响VFTO的主要因素。再进一步探寻有效的抑制VFTO的方法，在原模型的基础上加装各种抑制措施，主要研究在隔离开关处加装铁氧体磁环、加装阻波器，在变压器处并联合闸电阻几种抑制措施，仿真并分析对比几种加抑制措施后的VFTO波形，找出最佳的抑制措施，从而有效的降低GIS中特快速暂态过电压的危害性。这对将来GIS与其有关设施绝缘程度高低的制定及其电力系统安全、经济的稳定运行有着重大意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究的意义

1．4 VFTO的危害

1．4．1 VFTO的危害简述

1．4．2 VFTO造成设备损害的原因

1．5 论文研究内容

2 GIS中的特快速暂态过电压

2．1 GIS设备的电磁暂态分析模型

2．1．1 非线性电阻

2．1．2 非线性电感

2．1．3 金属氧化物避雷器的暂态模型

2．1．4 互感器的电磁暂态模型

2．2 特快速暂态过电压综述

2．2．1 VFTO的产生机理和特性

2．2．2 VFTO对设备绝缘性能的威胁

2．3 特快速暂态过电压的抑制方法

2．3．1 快速动作隔离开关

2．3．2 加装合闸电阻

2．3．3 安装金属氧化物避雷器

2．3．4 加铁氧体磁环

2．3．5 加装R-C滤波器

2．3．6 耦合电容器

2．3．7 其余的保护方式

2．4 本章小节

3 基于EMTP的特高压GIS中VFTO的仿真研究

3．1 电力系统仿真软件介绍

3．2 GIS变电站内部元件模型的建立

3．2．1 GIS母线传输方式

3．2．2 变压器等值电容模型

3．2．3 燃弧电阻仿真模型

3．2．4 各元件电磁暂态参数

3．3 1000kVGIS变电站建模及VFTO仿真

3．3．1 电气主接线介绍

3．3．2 1000kV GIS变电站模型的搭建及仿真

3．4 本章小结

4 特高压GIS结构参数对VFTO影响的仿真研究

4．1 变压器入口电容对VFTO幅值的影响

4．2 GIS支路长度对VFTO电压值的影响

4．2．1 改变GIS支路长度后的仿真波形

4．2．2 改变GIS支路长度后的VFTO幅值分析

4．3 开关弧道电感对VFTO幅值的影响

4．4 本章小结

5 特高压GIS变电站VFTO抑制方法的仿真研究

5．1．1 加铁氧体磁环的VFTO仿真波形及分析

5．2 并联合闸电阻的抑制研究

5．2．1 并联单级合闸电阻

5．2．2 并联三级合闸电阻

5．3 加装阻波器的抑制研究

5．3．1 加装阻波器后的仿真波形

5．3．2 加装阻波器后VFTO的幅值分析

5．3．3 加装阻波器后阻波器上的VFTO波形

5．4 GIS变电站的几种VFTO抑制措施分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果