GIS设备智能组件端口的骚扰电压特性研究

摘要

气体绝缘开关设备(Gas-Insulated Switchgear，GIS)在隔离开关操作时产生特快速瞬态过电压（Very Fast Transient Overvoltage，VFTO）。VFTO在GIS外壳电气不连续处因电磁泄露至GIS外部，沿着GIS外壳传播至二次设备电缆金属外壳，进一步耦合至二次设备端口形成端口骚扰电压，对二次设备产生电磁干扰。智能组件作为智能变电站中一种新型二次设备，由电子元件、集成电路等弱电设备构成，因此较易受到端口骚扰电压影响从而导致其故障甚至损坏。研究GIS开关操作对智能组件端口电磁骚扰问题，对于GIS智能变电站二次设备可靠运行具有重要意义。
　　本文通过端口骚扰电压试验测量和建模仿真，对端口骚扰电压波形特征、耦合途径、影响因素以及抑制措施等方面进行了深入研究。本文主要工作如下:
　　(1)研制了基于采集卡的小型化端口骚扰电压测量系统。获得了1000kV特高压GIS试验回路二次电缆端口骚扰电压的统计特性。在特高压GIS试验回路开展了端口骚扰电压测量试验，获得了电缆屏蔽层不同接地方式情况下，电缆端接不同等效负载情况下，以及GIS不同位置处的端口骚扰电压波形数据。提取了端口骚扰电压波形参数，包括峰值水平、主频、上升沿、脉冲持续时间、振荡周期、衰减系数。计算各参数的统计量和分布特性，总结出特高压等级下几种不同工况下的端口骚扰电压波形时域和频域特征。在500kV智能GIS变电站实地开展了智能组件端口骚扰电压测试，获得了500kV智能GIS变电站智能组件端口骚扰电压的统计特性。分别获得了断路器和隔离开关操作产生的端口骚扰电压波形特征。
　　(2)获得了智能组件端口骚扰电压水平和频率特性，分析其波形持续时间、脉冲数、脉冲持续时间、上升沿、振荡周期等参数的统计特征。通过结合特高压及500kV变电站测量数据与IEC61000-4-18阻尼振荡波抗扰度测试标准进行对比，分析了标准波形与实际变电站中端口骚扰电压异同。针对智能GIS变电站保护装置就地化布置的情况，提出补充完善现有抗扰度测试标准波形的建议。
　　(3)提出了传输线网络的特快速瞬态过程仿真模型。在实验室搭建了GIS试验平台，开展了智能组件端口骚扰电压模拟试验。通过对比试验平台获得骚扰电压以及实际变电站中获得的骚扰电压，表明二者在时域参数方面有较好的一致性，验证了试验平台模拟试验的有效性。以实验室GIS试验平台为对象，提出的传输线网络的特快速瞬态过程仿真模型，能够同时对GIS一次侧和二次侧电缆的特快速瞬态过程进行仿真，并通过与模拟试验测量结果对比检验了仿真模型的有效性。通过传输线网络的特快速瞬态仿真模型计算，改变电缆屏蔽层接地方式，电缆端部等效负载，和接地等条件，研究不同工况对端口骚扰电压的影响，进而提出了智能组件的电磁防护措施。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 GIS设备开关操作引起的特快速瞬态过程

1．2．2 GIS设备开关操作对智能组件的骚扰电压

1．2．3 GIS设备骚扰电压的测量

1．2．4 GIS设备的宽频等效电路的建模与仿真

1．2．5 GIS设备智能组件骚扰电压的防护

1．3 论文主要工作

第2章 GIS设备智能组件端口骚扰电压测量系统

2．1 测量要求

2．2 测量原理和测量系统

2．2．1 测量原理

2．2．2 测量系统

2．3 测量系统性能测试

2．3．1 直流和扫频电压测试

2．3．2 雷电冲击和方波响应测试

2．3．3 示波器测量系统和采集卡测量系统对比测试

2．3．4 1000kV特高压变电站GIS智能组件端口骚扰电压测量

2．4 本章小结

第3章 1100kV GIS设备试验回路智能组件端口骚扰电压特性

3．1 试验回路与测量布置

3．2 模拟试验内容与工况

3．3 不同试验条件下骚扰电压水平和特征

3．3．1 电缆屏蔽层不同接地方式对端口骚扰水平的影响

3．3．2 二次电缆芯线间不同负载对二次系统端口电磁骚扰水平的影响

3．4 骚扰电压波形参数定义和提取

3．4．1 IEC标准波形参数定义

3．4．2 试验波形数据参数的计算机处理

3．4．3 端口骚扰波形参数统计和分布

3．5 本章小结

第4章 500kV变电站GIS设备智能组件端口骚扰电压特性

4．1 江苏南通500kV变电站实测

4．1．1 测量项目

4．1．2 测试回路

4．1．3 隔离开关操作产生的骚扰电压特征

4．1．4 断路器操作产生的骚扰电压特征

4．1．5 隔离开关与断路器操作产生骚扰的比较

4．2 江苏高邮500kV变电站实测

4．2．1 测量项目

4．2．2 测试回路

4．2．3 断路器CT端口骚扰电压测试结果

4．3 山东济南500kV变电站实测

4．3．1 测量项目及测试回路

4．3．2 端口骚扰电压测试结果

4．4 端口骚扰电压的典型波形特征

4．5 本章小结

第5章 智能组件端口骚扰电压的实验室研究

5．1 GIS设备智能组件端口骚扰电压模拟试验平台

5．1．1 模拟试验平台构成

5．1．2 模拟试验及分析

5．1．3 模拟试验平台有效性验证

5．2 模拟试验平台的建模与仿真

5．2．1 GIS管道的等效电路模型

5．2．2 模拟试验平台的传输线网络模型

5．2．3 二次电缆的多导体传输线耦合模型

5．2．4 仿真结果及分析

5．3 GIS设备智能组件端口骚扰电压的影响因素和防护措施

5．3．1 GIS结构尺寸的影响

5．3．2 GIS接地的影响

5．3．3 二次电缆等效负载的影响

5．3．4 二次电缆屏蔽接地的影响

5．3．5 GIS智能组件端口骚扰电压防护措施

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介