分段电弧模型下快速暂态过电压特性仿真及其影响因素的研究

论文摘要

随着GIS运行电压等级的提高,在330kV以上的系统中,GIS及其相连设备容易受到操作隔离开关所引起的快速暂态过电压(VFTO)造成的绝缘威胁。因此在超高压与特高压GIS产品设计时,必须考虑VFTO的影响。VFTO的计算过程中,GIS设备模型的选取直接影响计算结果的准确程度,其中隔离开关的电弧模型尤为重要。本文从GIS本体结构出发,借鉴课题组三维电场的分析结果,在获得较准确的GIS设备等效模型及其参数的基础上,根据分布参数理论与电弧的动态物理过程,以及目前常用的两种电弧模型,提出了分段式电弧模型。并结合550kVGIS实际线路,利用FORTRAN语言和MATLAB软件详细计算了三种电弧模型条件下GIS内部的VFTO,分析了不同电弧模型对VFTO特性的影响。结果表明,分段电弧模型能够准确地模拟隔离开关电弧的物理过程,对于VFTO的数值计算与特性分析是实用的。其次,针对550kVGIS隔离开关触头间隙长时间(20min)燃弧故障,提出断路器的分布参数模型,研究了断路器内部VFTO的分布情况,以及VFTO对断路器中并联电容的危害,并讨论了断路器中合闸电阻对VFTO的影响。结果表明,VFTO在双断口断路器两个并联电容上的分布存在差异,在长时间的VFTO作用下,并联电容受到了热击穿的威胁,这也是造成此次事故的主要原因。同时研究结果还表明断路器中的合闸电阻可以有效抑制VFTO的幅值,缩小VFTO的频率范围。最后,结合1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程,计算了特高压GIS中的VFTO。分析了隔离开关的投切电阻对VFTO的抑制效果,以及氧化锌避雷器对VFTO的影响,并根据诸多的计算分析结果,提出了VFTO的抑制措施,以确保GIS正常运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 GIS 中快速暂态过电压现象
• 1.3.1 VFTO 的产生及特性描述
• 1.3.2 VFTO 的耐受水平
• 1.4 课题意义
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 分段电弧模型下VFTO 的计算与分析
• 2.1 GIS 设备的暂态模型
• 2.1.1 隔离开关的暂态模型
• 2.1.2 GIS 其他设备的计算模型
• 2.2 550kV GIS 内部 VFTO 的计算与分析
• 2.2.1 550kV GIS 工程概述
• 2.2.2 VFTO 计算结果
• 2.3 小结
• 第三章 VFTO 对断路器中并联电容的影响
• 3.1 概述
• 3.1.1 电站故障简介
• 3.1.2 VFTO 作用下断路器内部建模
• 3.2 VFTO 的计算结果与分析
• 3.2.1 隔离开关50122 操作
• 3.2.2 隔离开关50121 操作
• 3.2.3 VFTO 对并联电容器热容量分析
• 3.3 断路器暂态模型对VFTO 的影响
• 3.4 小结
• 第四章 1100kV GIS 中 VFTO 的抑制措施
• 4.1 1100kV GIS 概述
• 4.1.1 1100kVGIS 电气接线及隔离开关操作方式
• 4.1.2 氧化锌避雷器建模
• 4.2 1100kV GIS 内部 VFTO 的仿真计算
• 4.3 VFTO 的抑制措施
• 4.3.1 隔离开关投切电阻对VFTO 的抑制效果
• 4.3.2 避雷器对VFTO 的作用
• 4.4 VFTO 的预防措施及建议
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢