GIS中快速暂态过电压的数值计算与分析

论文摘要

气体绝缘金属封闭式开关装置(GIS)以其占地面积小、运行稳定和维护方便等一系列优点,越来越多地用于电力系统中。GIS中的隔离开关在分合空母线时,由于触头运动速度慢,开关本身的灭弧性能差,故触头间隙间会发生多次重燃,引起快速暂态过电压(VFTO)。这种不同于冲击电压和雷电波、具有截波特征的过电压具有上升时间短、幅值高的特点,有几纳秒到几十纳秒的波头,对GIS设备不同部位,如母线支撑件、套管以及开关本身的绝缘都有很大的危害,影响开关设备本身的可靠性,甚至危及到相连设备变压器的绝缘性能。本文首先根据GIS的实际结构特点,对各元件进行合理近似的等效,确定了GIS中集中元件电阻、电感、电容和无损传输线的等效暂态电路模型;确定了变压器、断路器的等效暂态电路模型和隔离开关燃弧和未燃弧两种情况下的暂态电路模型。并依据电感、电容的计算公式,计算出了变压器、断路器、传输线、接地开关和隔离开关的等值参数值。其次,根据实际的500kV GIS中隔离开关分合母线充电电流时产生的快速暂态过电压电路,确定了各元件的暂态电路模型,从而给出了VFTO数值模拟的等值电路模型。建立了暂态过电压计算的节点电压方程,对VFTO进行了数值模拟,计算了不同部位的暂态过电压的波形,给出了不同元件上暂态过电压的幅值及发生时间。最后,本文对快速暂态过电压(VFTO)波形进行离散傅里叶变换,确定了VFTO的频率成份及幅值特征,分析了频率产生的原因,研究了VFTO对GIS设备中元件绝缘的影响。通过计算分析,讨论了变压器入口电容、母线残余电荷以及支撑绝缘子等元件参数的变化对VFTO波形及其幅值的影响,并给出了VFTO的变化规律。指出了影响VFTO数值的关键因素是变压器的等值入口电容值。此外,选用较大的弧道电阻值、适当增加电缆长度和采用氧化锌避雷器等也对VFTO的幅值有一定的抑制作用。故随着我国超高压GIS的迅速发展,应对其中隔离开关操作所产生的特快速暂态过程高度重视,采取必要的措施限制此类过电压,以提高GIS运行的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 国内外的主要研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 GIS中快速暂态过电压（VFTO）
• 2.1 GIS中特快速暂态过程的产生
• 2.2 GIS中特快速暂态现象的特点和分类
• 2.2.1 GIS中特快速暂态过程的特点
• 2.2.2 GIS中的特快速暂态现象的分类
• 2.3 VFTO的危害
• 2.4 VFTO的防护
• 2.5 小结
• 第三章 GIS元件电路模型和参数的计算
• 3.1 概述
• 3.2 电磁暂态过程的元件模型
• 3.2.1 集中元件电感L
• 3.2.2 集中元件电容C
• 3.2.3 集中元件电阻R
• 3.2.4 单相无损线的Bergeron模型
• 3.2.5 其它元件的电路模型
• 3.3 GIS元件参数的计算
• 3.3.1 母线的传输线模型参数
• 3.3.2 变压器参数的计算
• 3.3.3 隔离开关的电弧模型参数
• 3.3.4 断路器和隔离开关对地电容
• 3.3.5 元件参数的选取
• 3.4 小结
• 第四章 实际GIS中VFTO的数值模拟和VFTO波形及影响因素的分析
• 4.1 实际GIS的暂态等值计算模型
• 4.2 VFTO的数值模拟结果
• 4.3 VFTO的波形处理
• 4.3.1 时域分析法
• 4.3.2 DFT频域分析法
• 4.3.3 联合时频分析法
• 4.3.4 对VFTO波形的分析
• 4.4 VFTO的影响因素分析
• 4.4.1 支撑绝缘子等值电容
• 4.4.2 残余电荷电压
• 4.4.3 变压器入口电容
• 4.4.4 其它影响因素
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢