10kV配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式

通过分析10kV配电网中性点不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地三种接地方式的优缺点，提出了中性点经消弧线圈并联电阻的接地方式。该方式主要由自动调谐消弧线圈、自动投切电阻器和控制器等组成，既能充分发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故障自恢复概率的作用，又能利用并联电阻抑制过电压和实现单相接地故障选线。计算分析表明，采用该接地方式时，如运用零序电流有功分量或增量比较法，可对过渡电阻为3000Ω及以下的单相永久接地故障实现准确选线。

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压特性的试验研究

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作产生的特快速瞬态过电压(very fast transientovervoltage,VFTO)会影响电气设备的安全运行,随着系统电压等级的提高,该影响会越来越严重,在特高压系统中尤为突出。为掌握特高压GIS的VFTO特性,在特高压GIS设备的VFTO试验回路进行了大规模GIS隔离开关操作试验,并对VFTO测量结果进行了统计分析。研究得到了VFTO全过程波形的波形特征、击穿次数、频率成份和残余电压分布,单次击穿波形的波形特征和振荡系数分布,及预充/不预充直流电压下的VFTO幅值特性,揭示了隔离开关加装阻尼电阻对VFTO的抑制作用。所获得的特高压GIS中的VFTO特性为进一步研究VFTO仿真和绝缘配合等提供了依据。

35kV架空送电线路防雷用并联间隙研究

为解决35kV架空送电线路的雷击问题,提出采用并联间隙防雷保护方案,分析了其保护原理,设计了35kV线路防雷用并联间隙的结构尺寸;对并联间隙试品进行了大量的雷电冲击和工频电弧试验,结果表明并联间隙能有效保护绝缘子串和导线免于雷击引起的工频续流电弧的烧蚀;计算了带并联间隙线路的雷击跳闸率,建议将3片绝缘子增加为4片,加装并联间隙不会引起线路跳闸率增加。

110kV和220kV架空线路并联间隙防雷保护研究

研制了适用于我国110kV、220kV架空输电线路的并联间隙防雷保护装置,用于减小雷击闪络后工频续流电弧对绝缘子和金具的损坏。对该装置的雷电冲击特性和工频电弧燃弧特性进行了试验研究,计算了绝缘子串的电压、电场分布和线路雷击跳闸率,分析了50%雷击放电电压与间隙距离的关系。在此基础上,优化了装置的设计,给出了电极设计尺寸的系列表格,以便工程技术人员可根据绝缘子片数以及线路跳闸率来选择并联间隙的尺寸。

防止10kV架空绝缘导线雷击断线用穿刺型防弧金具的研制

通过雷电冲击放电试验、压紧力和热稳定试验以及工频电弧试验研究,研制出了一种防止10kV架空绝缘导线雷击断线用的穿刺型防弧金具,该防弧金具能定位雷电冲击放电路径,疏导工频电弧弧根,起到了保护绝缘导线免于雷击断线的作用。

10kV架空绝缘导线防雷击断线用防弧金具研究

通过分析架空绝缘导线雷击断线机理,研制出一种防弧金具.经过几百次的雷电冲击放电试验和十几次工频短路电弧试验的验证表明:在辐射形线路上距绝缘子(P-20)中心线负荷侧100~150 mm范围内安装该防弧金具,雷电过电压均在防弧金具与绝缘子钢脚之间引起闪络,接续的工频短路电流电弧的弧根固定在防弧金具上燃烧,能可靠地保护导线免于烧伤.对于环网线路,将绝缘导线由绝缘子轴线起向两侧各剥离一段绝缘层(300mm),安装上该防弧金具,在任何潮流方式下均能有效地保护导线免于烧伤.

中国电网雷电监测与防护亟待研究的关键技术

为了加强电网的雷电监测与防护,减少雷害事故,保证电网安全,建设坚强电网,全面介绍了中国电网雷电监测与防护技术水平的现状,提出了电网雷电监测与防护技术领域亟待开展研究的6项关键技术,包括雷电流直接测量、雷电辐射电磁场传播特性、全数字化雷电探测、雷电参数统计、防雷差异化分析方法以及雷电屏蔽模拟试验技术。详细介绍了开展这些关键技术研究的目的、意义和思路。指出尽快开展这些关键技术研究将获得目前全世界都普遍缺乏的雷电流实测参数,提升中国雷电监测网的探测效率和定位精度,描绘出中国不同区域的雷电活动特性,更准确地分析和评价输电线路防雷性能,为科学评价输电线路雷电屏蔽措施的屏蔽效能提供有效手段,并为中国相关防雷标准和规程的制修订提供基础参数和依据。

输电线路雷电先导发展三维仿真模型

超、特高压线路雷电屏蔽性能的科学评估方法是电力系统防雷研究的前沿课题之一。现有输电线路雷电先导发展模型中上行先导起始未考虑流注空间电荷影响、假设发展速度为恒值,且未考虑杆塔、线路实际三维结构对雷电屏蔽性能的影响。针对上述不足,该文研究建立了考虑流注空间电荷屏蔽作用的输电线路上行先导起始和发展全过程的动态仿真模型,开展了3m棒-板间隙正极性操作冲击放电流注先导转化过程实验观测,对所建立模型进行了验证;基于模拟电荷法建立了雷击输电线路下行先导过程附近空间三维电场并行计算方法。应用文中模型定量计算了典型的特高压同塔双回输电线路雷电上行先导放电特征参数,得出Rizk判据和临界电晕判据不考虑空间电荷的屏蔽作用,将夸大工作电压对上行先导起始的促进作用;现有的雷电先导发展模型假设上行先导与下行先导的速度比为恒值,既不能准确反映上行先导间的竞争关系,也有可能夸大上行先导的引雷能力。

Review of the Lightning Shielding Against Direct Lightning Strokes Based on Laboratory Long Air Gap Discharges

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展，并结合最新开展的长达6m问隙尺度的放电试验观测，对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型（electricgeometrymodel，EGM）仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析，现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程，无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究，建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。

10kV架空绝缘线路用防弧金具及放电箝位绝缘子的工频电弧试验条件

对10kV架空绝缘线路的短路电流沿线分布和短路故障切除时间以及雷击闪络概率进行了计算和分析,提出了线路用防弧金具和放电箝位绝缘子的工频电弧试验条件:①工频电弧试验用的短路电流有效值和持续时间分为两挡:有效值取20kA,持续时间为0.1s和有效值取10kA,持续时间为0.5s。②工频电弧试验短路次数取5次比较合适。③绝缘导线和试品应按实际情况布置,水泥电杆高度大于2.0m等。

防止10kV架空绝缘导线雷击断线用放电箝位柱式复合绝缘子的研究

通过大量的雷电冲击放电试验、工频电弧试验和弯曲负荷试验等试验研究,研制出了一种放电箝位柱式复合绝缘子和配套的绝缘罩。该产品既具有普通柱式绝缘子的功能,又能箝位绝缘导线的工频电位,将雷电冲击放电路径定位于高、低压电极之间,疏导工频电弧,使弧根离开导线到高压电极负荷侧燃烧,起到了保护绝缘导线免遭雷击断线的作用。该产品已通过了电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心的型式试验。

35kV架空输电线路并联间隙防雷装置单相接地故障电弧自熄特性研究

35kV架空线路并联间隙防雷装置能有效保护绝缘子串和导线免于雷击引起的工频续流电弧的烧蚀,但该装置的安装是否会影响架空线路单相接地故障电弧的自熄特性尚需探讨。设计了2组模拟试验,分别研究了系统中性点不接地、单相接地故障电容电流为10A和系统中性点经消弧线圈接地、单相接地故障电容电流为15A、消弧线圈过补偿、故障点残流为10A的试验条件下,架空线路安装并联间隙防雷装置后,单相接地故障电弧的自熄情况。结果表明,在这2种试验条件下,单相接地故障电弧均具有较高的自熄概率;并联间隙防雷装置的安装并不影响单相接地故障电弧的自熄特性。

10kV配电网架空绝缘导线雷击断线防护

分析了10kV配电网绝缘导线雷击断线机理,归纳出"疏导式"和"堵塞式"2种防护思路,介绍了基于2种防护思路研制的剥线型防弧金具、放电箝位柱式瓷/复合绝缘子、穿刺型防弧金具、穿刺型放电箝位柱式瓷/复合绝缘子、环形电极带外串联间隙金属氧化物避雷器和穿刺电极带外串联间隙金属氧化物避雷器6种防护产品的结构、特点、应用原则及现场应用情况。

雷电先导下行过程近地电场时空分布与模拟方法研究

在雷电下行先导趋近地面目标物过程中,地面目标物产生的正极性上行先导是影响雷击点和确定目标物引雷范围的主要因素。采用模拟试验是研究上行先导特性及检验各种防雷措施有效性的主要方法,而地面目标物附近电场时空分布的等效性是模拟试验的前提和基础。通过计算定量分析了雷电先导下行过程近地电场时空分布的典型特征,研究并提出了近地电场时空分布等效模拟方法和一种实现电场时变特征模拟的高电压发生方法,在此基础上开发出模拟试验电压源原型样机,样机试验结果验证了该方法的有效性和可行性。该研究对上行先导特性和检验防雷措施有效性的试验方法研究具有指导意义和实践价值。

长空气间隙放电过程的试验观测技术

长空气间隙放电物理过程的试验观测研究是揭示长间隙放电机制和建立放电分析模型的基础。在高速光学观测技术、放电电流测量技术、空间瞬态电场测量技术和同步观测技术4方面开展了研究。通过分析高速摄影仪的成像原理,设计了针对不同放电阶段先导通道光学特性的观测方法;通过合理设计电极结构,研制全数字式光电隔离采集系统,实现了对高电位放电通道电流的全数字式测量;基于Pockels效应,研制出测量幅值上限达800 kV/m的集成光波导瞬态电场仪;基于高速摄影仪曝光时钟信号,提出了各测量设备的数据同步方案。该研究为准确地获取长空气间隙放电关键物理参数,揭示长空气间隙放电发展的物理过程提供了有力支撑。

长空气间隙放电研究进展

长间隙放电研究是高压输变电工程的外绝缘设计和雷电屏蔽问题研究的基础。为此,从长间隙放电特性试验、长间隙放电机理和长间隙放电过程仿真模型等3个方面,概述了国内外工作者在长间隙放电研究上取得的成果。在此基础上,归纳分析了目前研究中存在的不足,认为:放电特性试验研究难以穷举实际输变电工程间隙,也无法准确获得实际过电压应力下间隙的绝缘特性;现有长间隙放电机理研究缺乏对流注区域空间电荷分布规律、先导通道特征参数的深刻认识,一些常见假设如流注几何形状和区域电场恒定、先导起始的临界温度及先导通道特性等,或没有测量证实,或带来与实际情况的较大偏差;空间电荷计算模型中不同的流注形状和电场分布假设,选取流注、先导的转换条件,以及将先导通道视为具有一定通道压降的导体,都使模型计算结果与试验测量值存有明显偏差。最后指出,在未来的相关研究中,应重视长间隙放电基础研究,深入开展长间隙放电观测技术和放电参数测量研究,获得流注空间电荷分布、流注-先导转换临界温度和先导通道电场与温度等关键特征参数,指导建立和完善长间隙放电仿真模型,以准确预测长间隙放电特性,最终实现输变电工程外绝缘精细化设计,同时为雷电屏蔽理论和模型的完善提供参考。

特高压交流输电线路单相接地潜供电弧仿真

输电线路发生单相接地故障引起的潜供电弧的随机性较强,为弥补模拟试验的不足,数字建模和仿真已成为研究潜供电弧的重要工具。鉴于此,提出了一种计算潜供电弧自熄特性的仿真模型,以特高压交流试验示范工程为例,计算了电弧的运动特性、电弧电流波形,得到了潜供电弧自熄时间,仿真结果与现场实测结果基本一致,表明所提出的潜供电弧仿真模型具有较大的工程实用价值。

特高压气体绝缘开关设备中电磁式电压互感器耐受特快速暂态过电压的特性分析

为满足系统同期合环的要求,特高压气体绝缘开关设备(GIS)中安装有电磁式电压互感器(IVT)。GIS内部隔离开关操作会产生特快速暂态过电压(VFTO),可能引起IVT绕组出现电压分布不均的问题。为掌握特高压工程用GIS IVT在VFTO下的耐受特性,采用仿真和实测相结合的方法对其绕组在VFTO下的电压分布进行了研究。建立了IVT的端口模型和绕组电压分布计算模型计算其端口VFTO和绕组电压分布,并通过陡前沿冲击电压下绕组电压分布试验予以验证。通过仿真计算,获得了特高压变电站IVT端口的典型VFTO波形及其作用下的绕组电压分布特性。计算表明电压沿绕组分布整体比较均匀,绕组端部匝间、层间开口位置电压分布相对集中,试验结果初步也验证了仿真结果。根据仿真和试验结果,校核了绕组电压分布集中位置的绝缘耐受能力。进一步说明在实际特高压工程中,IVT绝缘耐受VFTO具有足够的裕度;在产品的优化设计中须加强绕组首端匝间和层间绝缘,以进一步提高其VFTO耐受能力。

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。