断路器碳陶瓷合闸电阻能量耐受及失效特性

合闸电阻在大能量注入下的热电耐受及性能稳定是超/特高压交流系统断路器安全稳定运行的关键因素。为此通过开展合闸电阻模拟能量注入实验,并建立碳陶瓷复合材料微观结构热电耦合仿真模型,研究碳陶瓷电阻在不同强度能量注入下的材料温升、动态导电、性能劣化及结构破坏行为,分析碳陶瓷合闸电阻的能量耐受及失效机理。研究发现,碳陶瓷电阻具有随温度变化的动态导电特性,导通电阻及恢复电阻随能量注入强度的增加而减小;在大能量注入下,碳陶瓷电阻劣化及损伤模式包含恢复电阻下降、侧面绝缘击穿及电阻体碎裂。根据大能量注入下电阻内部多物理场分布仿真结果,结合碳陶瓷复合材料微观结构观察及电接触导电机制分析,揭示来源于碳陶瓷电阻内部电流密度、温度及热应力不均匀分布的性能劣化及结构破坏电热正反馈物理机制。

1100 kV GIS断路器合闸电阻故障检测及分析

断路器的合闸电阻能够有效抑制合闸涌流以及操作过电压,对电网的稳定运行起着重要作用,合闸电阻一旦出现故障,无法正确投入或退出,将会造成巨大的设备和安全事故。由于1100 k V GIS断路器为多断口结构,断口间的配合时序偏差以及各触头弹跳因素的干扰,经常导致合闸电阻特性无法测量,或者测试结果误差较大。针对一起1100 kV GIS断路器合闸电阻预投入时间及阻值无法检测事件展开研究,分析其结构与测试原理,通过提高测试频率获取完整测试波形,推断得出合闸电阻的预投入时间及其阻值无法检测的原因是其中一侧的合闸电阻断口失效。解体检查,发现该断路器其中一侧合闸电阻动触头因固定螺栓断裂而导致该侧动触头脱落,验证了电阻断口失效导致动作特性无法检测的推断。最后从制作工艺、试验项目、试验仪器、检测手段等方面提出相应的建议及改进措施,为同类型设备的工艺管控和故障诊断提供参考。

基于风险理论的合闸过电压抑制方案评估方法研究

断路器合闸电阻是抑制电力系统合闸操作过电压的有效措施,线路避雷器起后备保护作用。然而随着输电线路变短以及避雷器性能提高,线路操作过电压有所下降;同时合闸电阻高成本、低可靠性的弊端凸显,过电压抑制方案的技术经济性缺乏量化的综合评估。基于风险理论提出合闸过电压抑制方案评估方法,搭建系统沿线过电压仿真模型,定义计及闪络率、故障率、成本等多种因素的综合风险指标,实现过电压抑制方案技术经济性的量化评估。算例对实际500kV系统进行过电压仿真和风险指标计算分析,并基于所提评估方法对合闸电阻取消的可行性进行讨论,验证了所提评估方法可以合理量化过电压的抑制效果和存在的系统风险,为过电压抑制方案的选取提供有效评价。

特高压空载变压器的合闸谐振过电压

研究了我国1000kV特高压试验示范工程中可能出现幅值较高的合空载变压器谐振过电压现象,阐述了合空载变压器谐振过电压的机理与影响因素及其对策。在计算分析合闸电阻、投入低压电抗器等措施限制合空变谐振过电压效果的基础上,提出了抑制合特高压空载变压器谐振过电压的相应对策,以保证特高压试验示范工程的安全运行。

断路器合闸电阻对变压器励磁涌流的影响

为了分析在不同合闸方式下断路器合闸电阻阻值对变压器励磁涌流的影响,使用EMTP软件进行了仿真计算,计算结果表明,断路器合闸电阻对变压器励磁涌流峰值有明显的削弱作用,在确定是否取消断路器合闸电阻时,应考虑到它对励磁涌流的影响。

断路器合闸过电压计算与分析

针对550 kV变电站罐式断路器在投入空载输电线路时引起的断路器合闸电阻损坏问题,通过利用电磁暂态程序EMTP仿真单相断路器在不同合闸相角下的合闸过电压,计算了暂态过电压下合闸电阻的热量,发现合闸电阻故障的原因,重点分析了合闸过电压对断路器中合闸电阻绝缘的影响.仿真结果表明,由于线路中电抗器对合闸过电压具有一定的抑制作用,因此,各个节点上的过电压幅值较小,同时,合闸相角对合闸过电压幅值具有一定的影响.

特高压交流系统合闸过电压特点研究

由于特高压交流系统采用高阻抗电源、长距离线路和大功率输电的方式,其合闸过电压出现了一些与其他电压等级合闸过电压不同的特性,在系统研究特高压合闸过电压的基础上,对这些新特点进行了深入研究。研究表明,单回线路的合空线过电压一般高于单相重合闸过电压,但在长距离、大功率输电时,后者可能更为严重,应引起重视;在电源容量较小时,双回线路一回运行情况下另一回线路进行合空线操作时,其过电压往往较高,应重点限制;双回线路的单相重合闸过电压与小电抗的取值密切相关,故小电抗取值应在各种运行方式下进行综合选择。此外,特高压交流系统通常应采用合闸电阻限制合闸过电压,且较长线路宜采用较低阻值,较短线路宜采用较高阻值。

特高压输电线路断路器不装合闸电阻的可行性研究

为了研究特高压（UHV）输电线路断路器不装合闸电阻的可行性,从变电站和输电线路的安全角度考虑,提出了取消断路器合闸电阻的判据,并采用电磁暂态程序（EMTP）模拟计算了线路长度为50~400 km的特高压输电线路断路器不装合闸电阻时的合闸过电压水平、波前时间及线路闪络率。计算结果表明,线路长度〉100 km的输电线路不宜取消合闸电阻,线路长度〈100 km的单回线路和I串同塔双回线路的闪络率和相间过电压标幺值分别接近判据中的允许值0.01次/a和2.95,因此在实际工程中宜结合具体条件进行研究,可能会满足取消合闸电阻的条件。提出为了扩大取消断路器合闸电阻的范围,建议进一步研究降低操作过电压等效风速系数、采取其他措施进一步抑制合空线过电压。

断路器合闸电阻的数字检测装置

通过对断路器主触头与辅助触头的动作情况进行分析,提出了一种不用拆开合闸电阻与主触头的连接线就可以测量合闸电阻的方法,而且可以同时测出合闸电阻的提前合闸时间。

750kV GIS中隔离开关的分合闸电阻对快速暂态过电压的影响

随着超高压气体绝缘变电站(GIS)的广泛使用,由隔离开关(DS)操作引起的快速暂态过电压(VFTO)的危害更加明显。以西北地区750kV官亭GIS变电站为计算原型,利用EMTP程序对40种运行方式进行数值仿真计算,建立不含分合闸电阻和含有分合闸电阻DS计算模型。计算结果表明:分合闸电阻对降低VFTO幅值和陡度有明显作用,加入分合闸电阻比不加分合闸电阻时的最大VFTO幅值降低了50%,陡度降低为14%,电压在1kV以上最高频率降为10%。

750kV交流输电线路的工频及操作过电压

750kV输电线路分布电容大、波阻抗较小,线路的工频过电压及操作过电压比一般超高压线路更为严重,为了合理确定绝缘配合,有必要对其各种过电压进行研究。结合西北地区官亭-西宁750kV输变电工程,分析了电抗器中性点电抗与潜供电流、恢复电压的关系,通过计算确定了中性点电抗的取值,保证了单相重合闸的成功率。研究了各种运行方式下的工频过电压及合闸操作过电压,包括三相合闸、单相自动重合闸过电压,同时分析了金属氧化物避雷器(MOA)、断路器并联电阻等措施对过电压的抑制效果,并与实际测量结果进行了比较。在此基础上,改变线路输送容量、线路长度及保护配置方案,对750kV交流输电线路取消合闸电阻的条件进行了研究。通过电磁暂态程序(EMTP)的仿真计算表明,线路两端装设电抗器后,工频过电压符合我国关于超高压线路工频过电压的要求。同时采用线路两端装设MOA和断路器装设并联电阻的方法,可以有效降低操作过电压,而且对MOA和并联电阻热容量要求不高。当线路输送功率为700MW,线路长度<60km时可以取消断路器合闸电阻,仅靠线路两端的MOA就可将操作过电压限制到线路设计水平以下。若沿线路增加一组MOA,满足同样的过电压要求,线路允许长度可达380km。

广东—海南500kV交流跨海联网工程无功补偿及电磁暂态研究

对我国第一个500kV超高压、长距离、大容量的跨海联网工程——海南联网工程的无功补偿及电磁暂态等问题进行了研究。在分析计算线路参数、充电功率、工频暂态过电压、工频谐振过电压、潜供电流、恢复电压和操作过电压等的基础上,结合海南联网工程的系统特点,给出了线路高抗配置、高抗中性点小电抗以及合闸电阻装设等方面的推荐意见,以期为国内同类工程的建设提供参考。

多级合闸电阻限制1000kV输电线路操作过电压的研究

电网电压等级的提高对输电线路操作过电压允许值提出了更加严格的要求。国内外超高压系统中普遍采用的附加单级合闸电阻限制操作过电压的方法,在特高压系统中已经很难满足。作者提出采用多级合闸电阻限制特高压线路的操作过电压,并用ATP-EMTP软件对国内第一条特高压交流输电试验示范工程晋东-南阳-荆门特高压交流输电工程中的1000kV输电线路操作过电压进行了分析研究,仿真结果与理论计算值相当接近。

特高压输电系统操作过电压柔性限制方法

根据特高压输电系统对深度降低操作过电压水平的迫切需求及操作过电压常规限制方法在经济性和运行可靠性方面存在的不足,提出了操作过电压柔性限制方法的概念,阐述了可控金属氧化物避雷器(简可控避雷器)的原理。以我国目前正在建设的晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程为例,仿真计算了采用可控避雷器降低操作过电压的效果,结果表明,断路器无合闸电阻时,仅用可控避雷器可将系统相对地最大操作过电压倍数限制至1.6p.u.。对特高压输电系统操作过电压柔性限制方法的研究具有理论和工程应用价值,需要开展深入细致的研究。

GIS隔离开关带分合闸电阻抑制VFTO的研究

针对超高压GIS中开关操作或发生接地故障时产生特快速暂态过电压(VFTO)从而影响GIS及其连接设备和二次控制设备的问题,根据800 kV GIS结构特别是母线较长(采用分布参数模拟,并考虑频率特性)的特点,利用EMTP程序对28种接线方式进行数值仿真计算。结果表明:隔离开关装和不装分合闸电阻(500Ω)时VFTO最大幅值分别为1.2932、.976 p.u.;该电阻>200Ω时可抑制VFTO,使其幅值<1.7 p.u.。故800 kV GIS中VFTO幅值对设备绝缘的影响很小,这对于GIS及其连接设备和二次控制设备的绝缘设计非常重要。

降低避雷器额定电压或残压对取消750kV线路断路器合闸电阻的影响

目前中国西北地区已投运的750 kV工程避雷器配置基本上是采用750 kV母线侧避雷器额定电压600 kV、线路侧避雷器额定电压648 kV。绝大多数750 kV工程线路断路器装有570~600Ω合闸电阻。根据工频过电压的差异化研究结果,母线侧和线路侧避雷器额定电压在一定范围内均可以进一步降低。避雷器性能提高,避雷器操作冲击电流残压降低,750 kV线路合闸操作过电压水平会相应降低,有利于取消750 kV线路断路器合闸电阻。文中对750 kV工程避雷器额定电压或残压降低后的合闸操作过电压进行了研究,结合操作过电压闪络率的计算,提出了降低避雷器额定电压或残压后取消750 kV线路断路器合闸电阻的适用范围。

超/特高压交流输电线路断路器合闸电阻的适用性研究

断路器合闸电阻能较好地限制超高压与特高压交流系统合闸过电压,但因其结构复杂、成本高等缺点,故是否有必要采取该措施值得研究。作者采用软件仿真技术,探讨了不同情况下超高压与特高压交流系统合闸电阻的适用问题。研究表明,对于500 kV交流系统,当线路长度在100 km以下时,通常可以取消合闸电阻;当长度在100～200 km时,需根据具体情况进行分析确定是否有必要采用合闸电阻;当长度在200～400 km时,一般应采用合闸电阻,但也可采取在沿线布置2～3组避雷器的方法来替代合闸电阻;当长度在400～600 km时,仍应采用合闸电阻限制合空线过电压。对于1 000 kV交流系统,即使是100 km的短线路,若不采用合闸电阻就难以将合闸过电压限制在规程规定的范围内。因此,1 000 kV交流系统通常应采用合闸电阻,且较长线路宜采用较低阻值,较短线路宜采用较高阻值。

750 kV系统线路侧断路器取消合闸电阻可行性研究

以榆横—延安750 k V架空输电线路为工程背景,研究取消线路侧断路器合闸电阻的可行性。根据2014年的实际运行数据建立了系统不同运行方式下的ATP-EMTP仿真计算模型,并进行了多种运行方式下不同避雷器配置下的合空线和不同故障状态下的单相重合闸操作。计算结果表明:在80%高抗补偿下仅加装合闸电阻就可将合空线操作及成功重合闸操作时沿线最大2%操作过电压降低到1.8 p.u.以下;在80%高抗补偿下仅采用避雷器配置时,合空线操作、Ⅱ回线路停运两端不接地时成功重合闸操作和无功送端带有永久接地故障不成功重合闸时沿线最大2%操作过电压仍会超过1.8 p.u.;在80%高抗补偿下加装合闸电阻且线路两端配备648MOA时,对于合空线操作、成功重合闸操作和线路中点带有永久接地故障不成功重合闸时可将沿线最大2%操作过电压降至1.8 p.u.以下。因此,为适应系统各种操作方式线路侧断路器合闸电阻不能取消。

苏州-上海特高压线路断路器不装合闸电阻的可行性研究

为节省工程投资、提高断路器的运行可靠性,分析了交流特高压线路断路器不装合闸电阻的可行性,提出了取消特高压线路断路器合闸电阻的判据。通过分析指出取消特高压线路断路器合闸电阻的难度比500 kV工程大,但仍是有可能的。采用EMTP程序建立仿真计算模型,模拟计算了苏州—上海特高压线路断路器取消合闸电阻后的合闸和单相重合闸过电压、波前时间及线路闪络率。依据计算结果,并基于取消合闸电阻的判据,提出苏州侧线路断路器应装设合闸电阻,而上海侧可以考虑不装合闸电阻。

500 kV输电线路断路器合闸电阻配置原则

通过对某500 kV输电线路断路器取消合闸电阻的投切试验、断路器事故进行分析,并对此进行电磁暂态仿真计算,讨论了500 kV输电线路断路器取消合闸电阻的原则,与线路操作过电压幅值、线路两端高压并联电抗器配置情况的关系。研究结果表明,500 kV输电线路断路器合闸电阻配置时,需要考虑线路高压并联电抗器的配置情况,这将直接影响断路器断开的成功与否。