特快速瞬態(tài)過電壓特性研究

2014-10-07 15:15:34 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

摘　要：為確保特高壓輸電工程的安全可靠，結(jié)合1000KVGIS利用EMTP仿真軟件進(jìn)行建模仿真，分析了特快速瞬態(tài)過電壓的特性，并提出了隔離開關(guān)并聯(lián)合閘電阻、安裝R-C過電壓吸收器、安裝鐵氧體磁環(huán)等抑制措施，結(jié)果表

摘　要：為確保特高壓輸電工程的安全可靠，結(jié)合1000KVGIS利用EMTP仿真軟件進(jìn)行建模仿真，分析了特快速瞬態(tài)過電壓的特性，并提出了隔離開關(guān)并聯(lián)合閘電阻、安裝R-C過電壓吸收器、安裝鐵氧體磁環(huán)等抑制措施，結(jié)果表明：隔離開關(guān)并聯(lián)合閘電阻時電阻值的選取要恰當(dāng)，隨著電阻值得增加，特快速瞬態(tài)過電壓（VFTO）幅值明顯降低，當(dāng)超過一定數(shù)值以后，降幅不明顯。采用R-C過電壓吸收器時在降低幅值方面沒有太大改變，但其在降低過電壓陡度方面效果顯著；由于鐵氧體磁環(huán)的高頻特性，在VFTO幅值和陡度方面都有很好的抑制效果。

關(guān)鍵詞：VFTO　并聯(lián)電阻　R-C過電壓吸收器　鐵氧體磁環(huán)

從上世紀(jì)80年代起，國外就開始研究在超高壓、特高壓系統(tǒng)中采用隔離開關(guān)斷口并聯(lián)合閘電阻來限制VFTO，即隔離開關(guān)操作時先串入電阻，利用其阻尼作用使行波上升時間減少、幅值降低。國內(nèi)330、500kV系統(tǒng)中，斷路器上基本上裝設(shè)了合閘電阻，抑制了因其操作產(chǎn)生的VFTO[1]；本文采用隔離開關(guān)并聯(lián)合閘電阻、裝設(shè)R-C過電壓吸收器，裝設(shè)鐵氧體磁環(huán)等措施抑制VFTO。

1　VFTO特性

　　GIS中開關(guān)操作產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過電壓幅值一般低于2.0p.u，有的超過2.5p.u，隔離開關(guān)、斷路器操作均會產(chǎn)生VFTO，前者幅值較高。由于GIS的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在同一時刻不同

　　節(jié)點的電壓幅值不同，甚至相差很大。隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過電壓幅值可能比設(shè)備耐受標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓要低，但其陡度很高，在實際中還是應(yīng)該避免。

　　在隔離開關(guān)斷口擊穿的過程中，火花導(dǎo)電通道會在幾個納秒建立起來，在均勻或稍不均勻電場中，通道形成沖擊波的上升時間由式（1）給出：

　　式中：是火花常數(shù)，一般有：；是火花長度，；是擊穿之前的電壓，。對于正常設(shè)計的GIS，電壓上升時間可為3-20ns，隨電場的非均勻度而異。

2　模型搭建及仿真

　　某1000KV特高壓變電站，高壓配電裝置采用GIS，出線端布置并聯(lián)電抗器和線路終端設(shè)備。利用電磁暫態(tài)程序（EMTP）進(jìn)行仿真計算，要確定系統(tǒng)的計算模型及相應(yīng)參數(shù)。本算例等效計算電路如圖1所示，相鄰元件的間距已在圖中標(biāo)注。

　　利用EMTP/ATPDraw搭建模型，需考慮斷路器、隔離開關(guān)等的對地電容，設(shè)定步長為1E-9s。仿真結(jié)果如圖2-5所示。由仿真波形可以看出，母線端部BUS1電壓幅值最高，最高可達(dá)3.06p.u。因此，本文重點研究母線端部電壓的抑制措施。

3　VFTO抑制措施

3.1　隔離開關(guān)并聯(lián)電阻

　　目前，超、特高壓采用在隔離開關(guān)、斷路器口并聯(lián)合閘電阻的方法限制操作過電壓[2-4]。在開關(guān)操作的過程中先串入電阻，阻尼作用使行波上升時間下降、幅值降低。由于DS運動速度相對較慢，且不具有自滅弧功能，極易發(fā)生引電弧重燃，實際運行的GIS也多采用并聯(lián)合閘電阻，原理如圖6所示：合閘時動觸點與弧形電極接觸，通過電阻器接入電路，此時S2閉合接入，當(dāng)動觸點與靜觸點接觸后，電阻器短路，S1短接。

　　圖7為母線端部BUS1處VFTO幅值與并聯(lián)電阻關(guān)系，由圖可知，隨著并聯(lián)電阻的增大，VFTO的幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢，當(dāng)并聯(lián)電阻Rb取500時，母線端部VFTO值己經(jīng)降到1.45p.u.，當(dāng)超過500，VFTO降幅不大。考慮到電阻發(fā)熱及吸收能量限制，取500為并聯(lián)電阻最佳值。

3.2　安裝R-C過電壓吸收器

　　R-C過電壓吸收器曾廣泛應(yīng)用于真空斷路器重燃過電壓的抑制[5-8]，采用電阻與電容串聯(lián)的形式。電阻R決定過電壓的衰減速度，一般取值50-400；電容C為吸收電容，對于不同負(fù)荷，取值0.01-0.2F，將R-C過電壓吸收器并聯(lián)在隔離開關(guān)處，選取R、C取值計算母線端部VFTO幅值。選取75，0.02F，為1.31p.u，陡度為22.6MV/S，比無R-C過電壓吸收器的37.2 MV/s下降了39.4%。通過對過電壓的頻譜分析可知，VFTO的最高頻率降低，頻譜變窄，這主要是因為電容吸收了過電壓的高頻分量，最后在電阻上產(chǎn)生熱能被消耗。

3. 3　安裝鐵氧體磁環(huán)

　　將鐵氧體磁環(huán)套在GIS隔離開關(guān)導(dǎo)桿上，能夠改變導(dǎo)電桿局部的高頻電路參數(shù)，增加行波能量的損耗，阻尼行波的傳播，從而抑制VFTO[9-10]。正常工頻電流條件下，鐵氧體磁環(huán)幾乎無磁滯禍流損耗。當(dāng)隔離開關(guān)操作時，由于鐵氧體磁環(huán)的高頻特性，相當(dāng)于在開斷口和空載母線間串入了一個阻抗。在高頻作用下，如變壓器原理，鐵氧體磁環(huán)所套的母線相當(dāng)于變壓器的原邊，磁環(huán)內(nèi)的損耗相當(dāng)于變壓器的副邊損耗。鐵氧體磁環(huán)的作用可等效成電阻電感，共同對VFTO的上升陡度及幅值產(chǎn)生影響。

　　選取80，0.02H，幅值為1.1 p.u，陡度為15.4 MV/S，高頻分量大大的減少，采用鐵氧體環(huán)能夠很好的抑制VFTO。

　　4　結(jié)論

　　本文結(jié)合1000KV GIS利用EMTP/ATPDraw進(jìn)行建模仿真，研究了特快速瞬態(tài)過電壓（VFTO）的特性，并提出了三種抑制措施，由仿真結(jié)果可以看出以下幾點。（1）當(dāng)采用并聯(lián)合閘電阻時，VFTO的幅值隨著并聯(lián)電阻值的增大而減小，當(dāng)超過500時，其幅值降幅不大，考慮到其發(fā)熱，取500為最佳；（2）當(dāng)采用R-C過電壓吸收器時，對電壓幅值影響不大，陡度方面有所提高；（3）采用安裝鐵氧體磁環(huán)可以發(fā)現(xiàn)，對幅值及陡度方面都有良好的效果。

責(zé)任編輯：葉雨田

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