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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,結合1000KVGIS利用EMTP仿真軟件進行建模仿真,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,結果表
摘 要:為確保特高壓輸電工程的安全可靠,結合1000KVGIS利用EMTP仿真軟件進行建模仿真,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,結果表明:隔離開關并聯(lián)合閘電阻時電阻值的選取要恰當,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)中采用隔離開關斷口并聯(lián)合閘電阻來限制VFTO,即隔離開關操作時先串入電阻,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];本文采用隔離開關并聯(lián)合閘電阻、裝設R-C過電壓吸收器,裝設鐵氧體磁環(huán)等措施抑制VFTO。
  
1 VFTO特性
  GIS中開關操作產(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、斷路器操作均會產(chǎn)生VFTO,前者幅值較高。由于GIS的結構復雜,在同一時刻不同
  節(jié)點的電壓幅值不同,甚至相差很大。隔離開關操作產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過電壓幅值可能比設備耐受標準雷電沖擊電壓要低,但其陡度很高,在實際中還是應該避免。
  在隔離開關斷口擊穿的過程中,火花導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備。利用電磁暫態(tài)程序(EMTP)進行仿真計算,要確定系統(tǒng)的計算模型及相應參數(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注。
                          
  利用EMTP/ATPDraw搭建模型,需考慮斷路器、隔離開關等的對地電容,設定步長為1E-9s。仿真結果如圖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 隔離開關并聯(lián)電阻
  目前,超、特高壓采用在隔離開關、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,當并聯(lián)電阻Rb取500時,母線端部VFTO值己經(jīng)降到1.45p.u.,當超過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,對于不同負荷,取值0.01-0.2F,將R-C過電壓吸收器并聯(lián)在隔離開關處,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隔離開關導桿上,能夠改變導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。當隔離開關操作時,由于鐵氧體磁環(huán)的高頻特性,相當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)所套的母線相當于變壓器的原邊,磁環(huán)內(nèi)的損耗相當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 結論
  本文結合1000KV GIS利用EMTP/ATPDraw進行建模仿真,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,由仿真結果可以看出以下幾點。(1)當采用并聯(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。
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責任編輯:葉雨田

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