基于SF_6气体介质击穿判据的气体绝缘变电站母线优化设计

针对现有气体绝缘变电站(GIS)母线设计只考虑主导体温升,不考虑GIS内绝缘水平的现状,提出了基于GIS内SF_6气体介质击穿判据的GIS母线设计方法,较之传统的GIS母线设计方法,该方法对GIS运行可靠性的考虑更全面。在SF_6气体击穿判据的基础上,提出击穿裕度Em的概念。并建立求解Em的电磁场-温度场-流场等多场耦合模型,讨论了影响Em的因素。在此基础上提出按照使最小击穿裕度Emmin最大化原则对GIS母线进行优化设计不但能确保主导温升符合设计要求,还从绝缘角度保证了GIS设备运行的可靠性和安全性。最后,论文讨论了GIS出现特快速暂态现象(VFT)时GIS内的绝缘情况。研究发现,尽管母线尺寸按照在稳态运行条件进行了优化,但在VFT条件下GIS气室仍有被击穿的危险。因此在进行母线设计时需特别考虑VFT条件下气室内的绝缘水平,这点在今后的母线设计中应引起高度重视。

GIS隔离开关操作条件下SF_6气体高频放电模型的研究

GIS隔离开关操作时,触头间SF_6气体放电具有快速性、高频性和重复性特征。上述特性会对VFTO的陡度、幅值等暂态特性产生重要影响。因此,建立隔离开关操作条件SF_6气体高频放电模型对VFTO的精确仿真而言十分重要。在已有试验研究结果基础上,论文分析了SF_6气体放电不同阶段的阻抗变化规律,对比了火花放电和开关操作条件下SF_6气体放电之间的差异,发现Toepler模型、Barannik模型和Vlastos模型所描述的阻抗变化规律与SF_6气体放阻抗变化规律十分相似。为此,论文借鉴了火花放电模型的数学表达式。在此基础上,根据采用SF6气体放阻抗变化规律,采用分段思想对火花放电模型的数学表达式进行改进,从而建立了3种不同的SF_6气体高频放电模型。为验证模型的正确性,将其应用于VFTO的仿真。结果表明仿真计算值与VFTO的实测波形基本重合、幅值几乎相等,证明了模型的正确性。

基于新型SF_6气体重燃模型的TEV暂态特性研究

GIS隔离开关操作条件下SF_6气体放电是GIS电磁暂态现象产生的根源。因此,SF_6气体放电特性将直接影响GIS电磁暂态特性。为研究壳体地电位TEV升高的暂态特性,论文建立了新型SF_6气体重燃模型。在分析SF_6气体不同放电阶段阻抗变化规律的基础上建立了SF_6单次高频放电模型;运用数据拟合的方法得到SF_6气体击穿电压随时间变化的表达式,从而得到重燃判据;在此基础上结合单次放电模型建立了具有快速性、高频性和重复性的新型SF_6重燃模型。采用该模型计算得到的VFTO值与实测值十分接近,证明了模型的正确性。完成上述工作后,在分析VFTO波传播机制的基础上建立了TEV的计算模型,讨论了SF_6放电模型、VFTO激励源等效以及接地电网参数等对TEV暂态特性的影响。研究结果表明:1采用论文所建立的新型SF_6重燃模型计算得到的TEV与实测值十分接近,其峰值误差为9%;2TEV具有幅值高、陡度大、频带宽等特性;3采用1:1变压器真实模拟VFTO比将其等效为指数模型更能反映TEV的暂态特性;4减小接地电感有助于抑制TEV。

1100kV GIS中VFTC的暂态特性研究

GIS隔离开关操作所产生的特快速暂态过电流（VFTC）不仅对GIS设备绝缘具有极大的破坏性,还会对二次设备造成严重的电磁干扰。但现有的研究多集中于暂态过电压（VFTO）,而忽略了VFTC的研究。针对这一现状,开展了特高压等级VFTC暂态特性的研究。因隔离开关操作条件下SF6气体放电特性决定了VFTC的暂态特性,首先分析了SF6气体的放电特性,讨论了SF6气体不同放电阶段的阻抗变化规律,在此基础上采用分段原则建立了新型SF6气体高频放电模型。利用该新型SF6气体放电模型对某特高压GIS变电站的隔离开关操作所产生的VFTC波形进行了仿真计算。为研究VFTC的暂态特性,定义了VFTC的衰减时间常数,讨论了隔离开关加装阻尼电阻对VFTC暂态特性的影响。研究结果表明：特高压等级的VFTC有幅值高（可达几千安培）、频率高、主频分布宽（0~25 MHz）、衰减长（100 μs左右）等特点。加装阻尼电阻可大大提高VFTC的衰减速度,有利于VFTC的抑制,但阻尼电阻对主频分布影响较小。