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。

GIS中局部放电UHF信号传播特性研究

在绝缘子金属法兰浇注孔处放置传感器可以用来接收GIS中辐射出来的电磁波,这是测量局部放电（以下简称局放）信号的一种方法。为研究局放UHF信号在通过绝缘子金属法兰浇注孔时的传播特性,笔者采用时域有限差分法进行了建模分析,研究了UHF信号在通过不同尺寸的金属法兰浇注孔时的场强峰峰值和频谱变化特性;试验研究了高压导体尖刺故障下的UHF信号传播特性,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,沿导杆方向的场强分量远大于另外两个方向的;当绝缘子法兰浇注孔尺寸增大时,从该孔中能辐射出能量更强的信号,而且信号中较低频率（500~900 MHz）的分量占较大比例。

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。

252kV GIS盆式绝缘子金属法兰开孔的电场分析及优化设计

为检测GIS内局部放电特高频信号,需在盆式绝缘子金属法兰开孔处设置局部放电传感器,而金属法兰开孔会对盆式绝缘子表面及开孔处电场强度产生一定影响。笔者应用有限元分析软件ANSYS对三相分箱式252 kV GIS中盆式绝缘子电场强度进行了仿真计算,研究金属法兰开孔尺寸大小和结构对盆式绝缘子表面和浇注孔表面电场强度的影响。仿真结果表明,浇注孔结构对盆式绝缘子表面电场强度影响显著,金属法兰开孔大小对盆式绝缘子表面电场强度影响较小,经过优化后的小尺寸浇注孔绝缘子表面电场强度最大值比无浇注孔时高出3.21%,达到了预期目标。

252kV GIS特快速暂态过电压和电流的影响因素分析

由于气体绝缘变电站(GIS)隔离开关操作而产生的快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO),具有高频率、上升时间短、高幅值等特点,对GIS本体及相邻设备有较大危害。文中在隔离开关测量系统的基础上,研究了变压器耦合电容和隔离开关分合闸速度对VFTO和快速暂态电流(very fast transient current,VFTC)的影响。当变压器耦合电容分别取300、800、1 100 p F时,试验结果得出VFTO和VFTC的幅值会随着耦合电容的升高而增大。测量了隔离开关在6种不同劲度系数弹簧下的分合闸速度,研究了隔离开关分合闸速度不同时对VFTO和VFTC的影响,得出当隔离开关速度越慢时,隔离开关产生的VFTO的幅值越高。在两种不同弹簧速度情况下,统计了特快速暂态电压和电流的频率、幅值和上升时间,并进行了分析。

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。

126kV GIS盘式绝缘子金属法兰开孔的电场仿真分析

GIS中盘式绝缘子的电气性能是设计者关注的重点,盘式绝缘子在制造的过程中,由于浇注工艺的原因会在金属法兰处留有一椭圆切面的浇注孔,内部填充环氧树脂,在环氧树脂和金属法兰交界处会产生一定的电场畸变。主要研究金属法兰开孔尺寸大小和结构对盆式绝缘子表面和浇注孔表面电场强度的影响。研究表明:大尺寸浇注孔表面的场强最大值为0.85 k V/mm,要高于小尺寸浇注孔表面电场强度最大值0.38 kV/mm。说明开孔越小,浇注孔表面电场强度最大值越小,在满足测量要求情况下,开孔越小越好。