特快速瞬態過電壓特性研究

2014-10-07 15:15:34 大云網　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，分析了特快速瞬態過電壓的特性，并提出了隔離開關并聯合閘電阻、安裝R-C過電壓吸收器、安裝鐵氧體磁環等抑制措施，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，分析了特快速瞬態過電壓的特性，并提出了隔離開關并聯合閘電阻、安裝R-C過電壓吸收器、安裝鐵氧體磁環等抑制措施，結果表明：隔離開關并聯合閘電阻時電阻值的選取要恰當，隨著電阻值得增加，特快速瞬態過電壓（VFTO）幅值明顯降低，當超過一定數值以后，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　并聯電阻　R-C過電壓吸收器　鐵氧體磁環

從上世紀80年代起，國外就開始研究在超高壓、特高壓系統中采用隔離開關斷口并聯合閘電阻來限制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330、500kV系統中，斷路器上基本上裝設了合閘電阻，抑制了因其操作產生的VFTO[1]；本文采用隔離開關并聯合閘電阻、裝設R-C過電壓吸收器，裝設鐵氧體磁環等措施抑制VFTO。

1　VFTO特性

　　GIS中開關操作產生的特快速瞬態過電壓幅值一般低于2.0p.u，有的超過2.5p.u，隔離開關、斷路器操作均會產生VFTO，前者幅值較高。由于GIS的結構復雜，在同一時刻不同

　　節點的電壓幅值不同，甚至相差很大。隔離開關操作產生的特快速瞬態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，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，出線端布置并聯電抗器和線路終端設備。利用電磁暫態程序（EMTP）進行仿真計算，要確定系統的計算模型及相應參數。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　隔離開關并聯電阻

　　目前，超、特高壓采用在隔離開關、斷路器口并聯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，極易發生引電弧重燃，實際運行的GIS也多采用并聯合閘電阻，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幅值與并聯電阻關系，由圖可知，隨著并聯電阻的增大，VFTO的幅值呈現遞減的趨勢，當并聯電阻Rb取500時，母線端部VFTO值己經降到1.45p.u.，當超過500，VFTO降幅不大。考慮到電阻發熱及吸收能量限制，取500為并聯電阻最佳值。

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，最后在電阻上產生熱能被消耗。

3. 3　安裝鐵氧體磁環

　　將鐵氧體磁環套在GIS隔離開關導桿上，能夠改變導電桿局部的高頻電路參數，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，鐵氧體磁環幾乎無磁滯禍流損耗。當隔離開關操作時，由于鐵氧體磁環的高頻特性，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，鐵氧體磁環所套的母線相當于變壓器的原邊，磁環內的損耗相當于變壓器的副邊損耗。鐵氧體磁環的作用可等效成電阻電感，共同對VFTO的上升陡度及幅值產生影響。

　　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）當采用并聯合閘電阻時，VFTO的幅值隨著并聯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可以發現，對幅值及陡度方面都有良好的效果。