252kV GIS特快速瞬态试验回路研究

为了研究VFTO的特性及开关速度影响,建立高频电弧模型,建立全过程仿真模型,并研究MOA对VFTO抑制作用,文中设计建立了一个综合性的252 kV GIS设备VFTO试验回路。首先研究设计了试验回路的接线形式、设备选型,并结合仿真计算确定了母线长度、耦合电容值,预估了VFTO、VFTC的频率范围;然后研制了VFTO、VFTC、实时开距等测量系统,并研制了屏蔽、同步触发装置;最后对试验回路进行了调试,试验回路能产生典型的VFTO、VFTC波形,能精确测量VFTO、VFTC、开关实时开距。隔离开关速度可以在0.02～0.1 m/s和0.7～3.5 m/s范围内调节。

铁氧体磁环抑制252kV GIS中VFTO的试验研究

气体绝缘开关设备(GIS)内隔离开关操作过程中产生的特快速暂态过电压(VFTO)威胁GIS和电力系统的安全运行,需要采取有效措施进行抑制。为验证铁氧体磁环对于实际GIS内VFTO的抑制效果,利用真型252 kV GIS试验平台,在电源电压分别为50 kV、100 kV以及140 kV时进行了无磁环、20 cm铁氧体磁环串、40 cm铁氧体磁环串的系列对比试验。对试验结果的统计和分析表明,铁氧体磁环对VFTO中的不同频率成分均具有抑制作用,对于VFTO波形的主要参数包括过冲系数、最大峰值电压、最大峰值陡度、第一峰值电压、第一峰值陡度都有显著的抑制效果。在试验条件下,击穿电压的大小对于抑制效果没有显著的影响。试验结果证实了在实际GIS设备中安装铁氧体磁环抑制VFTO的幅值和陡度的可行性。

气体绝缘开关设备的隔离开关分合空载短母线时特快速暂态过电压及特快速暂态电流测量

为深入研究气体绝缘开关设备(GIS)的隔离开关分合空载短母线产生的特快速暂态过电压(VFTO),建立了252kV GIS试验回路并研制了VFTO、特快速暂态电流(VFTC)和开距测量系统。该系统采用手孔式电容分压器测量、Rogowski线圈及光纤传输系统、位置传感器分别测量VFTO、VFTC、开关开距。对上述测量系统进行了标定:VFTO测量系统低频截止频率<20Hz,高频截止频率>80MHz;VFTC测量系统带宽达到70MHz;开距测量系统误差<1.5%。结果表明各系统满足测量要求。试验结果表明:在试验回路上实现了隔离开关分合闸时VFTO、VFTC及开距的同时测量,获得了VFTO和VFTC的典型波形、隔离开关间隙的击穿电压特性和燃弧规律。该试验回路产生的VFTO幅值最大值为447.02kV,上升时间约为13ns;VFTC的幅值最大值为2.61kA,上升时间约为7ns。VFTO和VFTC的主要频率均为4.4、23.3、44.2MHz,主要取决于回路的电感、电容及暂态行波的折反射。间隙的击穿电压没有明显的极性效应。燃弧时间<2μs。

252kV GIS隔离开关特快速暂态过电压试验中触头间隙重复击穿过程研究

为深入研究气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关分合空载短母线产生的触头间隙重复击穿现象,实现隔离开关操作全过程特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的准确仿真,建立了252 kV GIS试验平台,对GIS隔离开关分合产生的间隙重复击穿过程及影响因素进行了试验研究。通过同步测量触头间隙电压及长度,获得了隔离开关分合操作中触头间隙击穿电压与间隙长度的统计关系。统计结果表明,操作过程中间隙击穿电压与间隙长度的关系与工频电压下各长度的击穿电压基本吻合,且具有极性效应。每次间隙放电产生的空间电荷促进了后续击穿的发生,且首次放电越剧烈,这种趋势越明显。负载侧残余电压衰减时间常数约为160 min,仿真时可不计重复击穿间歇残余电压的衰减。相同的触头间隙恢复电压下,接地腔体对间隙电场分布影响不大。基于上述研究结果建立了隔离开关操作全过程VFTO仿真模型,仿真结果与实测结果基本吻合。

短空气间隙弧阻模型的研究

为了研究气体间隙的高频电弧特性,笔者设计了一种短空气间隙的放电试验回路。测量了间隙击穿时两端的电压及通过间隙的电流,经分析计算得到了短空气间隙击穿后电弧的变化规律以及燃弧阶段的弧阻最小值r_0。短空气间隙在击穿后的几十ns内弧阻从10^(12)Ω量级跌落至最小值r_0,持续几个μs后恢复。改变回路频率以获得不同频率下的弧阻最小值r_0以及燃弧持续时间t。当回路频率从4.8～13.5 MHz变化时,r_0从0.4Ω增大到5.0Ω,而燃弧时间t从4.0μs减小为0.9μs。将实验结果与各种电弧电阻模型计算值进行对比,在燃弧前期(0～1.1μs)Kushner电弧模型与实验结果较为吻合,但Kushner电弧模型的燃弧时间比实验值长。

材料特性对50Hz交流介质阻挡放电均匀性影响的实验研究

通过采用预埋电极,向介质阻挡材料中添加纳米材料的方法,研究了介质阻挡材料对50Hz工频放电均匀性的影响。将根据电压电流波形获得的均匀放电、丝状放电和混合放电(均匀放电与丝状放电共存)3种放电模式作为判断放电均匀与否的依据,对实验结果进行了分析。结果表明,利用未改性硅橡胶预埋金属丝网电极难以提高介质阻挡均匀放电的气压范围,采用纳米Al2O3改性的硅橡胶材料作为介质阻挡层可以有效提高均匀放电气压范围,此外实验发现介质阻挡材料的厚度对放电均匀性影响显著。

252kV GIS中特快速瞬态过电压和特快速瞬态电流特性试验研究

为深入研究特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)和特快速瞬态电流(very fast transient current,VFTC)的波形特性,以及隔离开关运动速度对二者幅值的影响,采用一套可调节开关运动速度的252 k V气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)试验回路,对隔离开关分合闸操作中产生的特快速瞬态波形进行了试验研究。获得了VFTO、VFTC的单次击穿波形特征、单次击穿统计特性、波形的频率成分、全过程波形特征、全过程统计特性和残余电压统计特性。分析了开关运动速度对VFTO、VFTC幅值的影响,结果表明,随着开关速度的提高,击穿次数会降低,从而降低出现大幅值VFTO、VFTC的几率。

GIS中VFTO、VFTC统计特性试验和仿真方法研究

针对现有的特快速瞬态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)仿真模型,未考虑实际开关触头间隙击穿电压曲线、击穿电压随机性、工频初始相位随机性等因素,不能准确反映开关动作全过程中VFTO、特快速瞬态电流(very fast transient current,VFTC)的统计特性的问题,首先,建立了252 kV特快速瞬态试验回路,进行了数百次隔离开关分/合闸操作试验,通过统计分析获得了隔离开关触头间隙击穿电压随开距的变化曲线;其次,结合双指数型高频电弧电阻模型,建立了试验平台的暂态仿真电路,并采用基于Matlab控制EMTP/ATP的方式和变步长技术,实现了隔离开关分/合闸全过程的高效准确仿真;最后,利用N-W回归算法获得了实测和仿真中VFTO、VFTC波形的统计特性。研究结果表明:2个统计特性吻合良好,验证了该仿真方法的有效性。