分体分步式换流变有载分接开关研制

特高压直流换流变压器有载分接开关长期承载满负荷运行的方波电流,切换电流di/dt大,熄弧困难,并且动作频繁,基本被国外企业垄断。文中首先针对特高压换流变传统有载分接开关无任何直接有效的电气量监测保护的“黑盒”难题,以及故障极易引起换流变本体损坏,影响特高压直流工程可用率问题,提出了一种分体分步式有载分接开关拓扑,实现换流变有载分接开关核心部件分体布置以及分步闭环控制保护,并分析梳理了工程应用的电气应力;然后进行了切换开关、分接选择器和控制保护装置等关键核心部件的研制;最后搭建基于LC谐振法的切换试验系统,对所研制的分体分步式有载分接开关进行了切换试验、容量试验、温升试验以及绝缘试验。试验结果表明:所研制的分体分步式有载分接开关额定级电压4 kV,最大通过电流1600 A,切换开关外置,无油化设计,内部集成电气测量系统,切换过程能够实现分步操作控制和保护,避免故障扩大化,满足±800 kV/5000 A特高压直流输电换流变压器的工程应用需求。

适配变压器全档位切换暂态分析的有载分接开关电路模型构建

有载分接开关(on-loadtap-changer,OLTC)是换流变压器的核心组件,其可靠切换过程关乎换流变的安全。然而目前国内在运特高压换流变用OLTC完全依赖进口,仿真获取OLTC不同运行状态的暂态特性数据是支撑OLTC关键电气参数设计与国产化制造的基础。经典的OLTC模型仅改变变压器变比或仅模拟单级档位切换过程,难以满足全档位电压调整与各级档位暂态特性数据同步获取的需求,导致OLTC设计优化、参数选型及故障分析缺乏足够的仿真数据支持。该文首先以真空OLTC为研究对象建立切换开关和极性开关等效电路模型,根据OLTC复杂的调压功能建立分层控制系统。其次,在PSCAD中搭建交流仿真系统,获取有载调压过程的暂态特性数据波形,与解析计算得到的电压和电流相比误差小于0.2%,证明该模型满足OLTC电磁暂态仿真研究的精度要求。最后,开展循环调压仿真,获得负载电压数据与波形。结果表明:该文提出的OLTC模型能够接收外部控制信号,进行全档位调压与极性转换仿真分析,能够为OLTC的调压研究、故障溯源分析和过渡电阻设计选型等提供基础模型。

基于串联非线性电阻组合开关的补偿电容器组投切重燃过电压研究

文中旨在研究电力系统中切除并联无功补偿电容器组时出现的过电压问题。通过ATP-EMTP软件,搭建了投切电容器组模型,仿真了普通开关和串联电阻开关在多种工况下的过电压水平。为解决串联电阻开关在限制两次两相重燃时效果不佳的困扰,提出了采用串联非线性电阻组合开关的解决方案,并对比了3种方案在限制过电压方面的效果。仿真结果表明,串联非线性电阻组合开关在两次两相重燃工况下表现出卓越的限制效果,能够有效地抑制过电压并保护电容器组绝缘。该组合开关可以作为电力系统中并联电容器组无功补偿系统设计的参考。

适用于开关特性试验的端子灵活切换装置设计

开关特性试验接线复杂,往往需要多人配合调整接线端子,因其安全风险高、操作难度大、工作效率低,亟待优化和调整。研究设计一种适用于开关特性试验的端子灵活切换装置,针对开关分合闸试验中的测试内容及操作流程,设置合闸、第一组分闸、第二组分闸共六条控制电压输出线,通过内置刀闸快速切换二次回路,同时配合弹性形变自动收线,大大提高了测试效率,保障了操作安全,值得深入研究和拓展应用。

基于单片机的AC-DC变换电路设计

传统的AC-DC变换电路由于要通过高频变压器来实现电压变换,存在效率较低、电源的波纹很难降低等问题。因此,设计一种以单片机为核心控制器件的新型单相AC-DC变换电路。单相AC-DC变换电路设计结合BOOST开关器、输入负反馈和脉冲宽度调制,采用单片机辅助控制相结合的方式实现闭环控制,保证输出的稳定和高效。该电路包括全波桥式整流电路、BOOST开关器、电压反馈电路、电流采样电路和功率因数测量电路,通过负反馈控制UC3845芯片来改变PWM控制信号,从而调整BOOST开关器开关的通断,使输出电压稳定在36 V。单相AC-DC变换电路具有PFC功能,可通过LCD将实时的PF值进行检测,显示输出电流、输出电压、功率因数等数据。另外,在输出端设计了过流保护报警功能,该设计选取STC51单片机系列中的89C52RC芯片作为控制核心,结合电流电压检测共同来实现。实验结果表明,实测负载调整率为0.28%,电压调整率为0.28%,功率因数为0.91,说明所设计电路优于传统的AC-DC变换电路,具有转换率高的特点。

基于串联电阻开关的电容器组投切重燃过电压仿真研究

研究了在500kV超高压变电站的电容器组补偿系统中,通过采用串联电阻开关来限制并联电容器组投切过程中的过电压和涌流问题。通过仿真分析了不同串联电阻阻值的影响,并提出推荐阻值,对比了使用普通断路器、相控断路器和串联电阻开关对过电压与过电流的限制效果。结果表明,串联电阻开关能有效降低重燃概率,同时可降低重燃后的过电压水平。从经济和技术角度分析,认为串联电阻开关具有较低的断路器要求、更好的经济性和实用性。

尖轨降低值超限对转辙器动力特性的影响研究

针对42号高速道岔尖轨降低值超限问题,基于车辆-道岔系统动力学的理论,建立车辆-道岔动力仿真模型,分析尖轨降低值超限对转辙器动力特性的影响。模型中采用现场实测的尖轨降低值作为计算条件。结果表明:尖轨降低值超限导致转辙器轮载过渡的起点后移,使得轮对蛇行运动的距离和幅度发生较大程度地增大;轮对横向位移和车体横向振动加速度为设计条件下的2倍,容易引起晃车现象;轮轨横向动力附加力由6.29kN增大至46.28kN,垂向动力附加力由5.73kN增大至20.04kN,轮轨动力作用急剧恶化;车轮减载率变化不大,车轮脱轨系数最大值为0.65,是设计条件下的6.5倍,接近安全限值0.8,将危及行车安全。现场出现尖轨降低值超限时,应及时进行调整,以避免转辙器动力特性进一步恶化。

合空线统计过电压的建模与仿真

针对蒙特卡洛法计算合空线统计过电压时,要根据随机变量的分布特性抽样进行大量的仿真计算问题,介绍了实现合空线统计过电压计算的随机变量抽样、操作过电压计算、统计结果分析自动化的方法。在推导了合空线统计过电压计算的蒙特卡洛模型后在PSCAD/EMTDC软件中建立和实现了该模型,运用Multiple Run组件,按照初始合闸相角的分布特性抽样,并批量处理多个抽样算例;应用用户自定义建模功能建立统计合闸开关模型,该模型以三相触头的合闸不同期性作为服从正态分布的随机变量,用FORTRAN语言编程实现并作为组件被PSCAD/EMTDC主程序调用;由Multiple Run组件、统计合闸开关模型及系统模型(电源、线路、变压器等)组成完整了合空线统计过电压计算模型。最后应用所建立的模型对某一地区电网黑启动方案的合空线统计过电压进行了仿真,并分析了影响统计过电压的若干因素。论文所提出的方法实现了随机抽样、电磁暂态计算、给出2%统计过电压值的自动化,能够大量减少合空线统计过电压的计算工作量。

基于EMTP/ATP的输电线路合闸过电压仿真分析

为研究高压输电网络中空载合闸产生的过电压对电气设备的安全运行的影响,以某段500kV输电线路为研究对象,分析系统产生合闸过电压的机理,建立基于频率的J.MARTI型等值线路分布参数计算模型,运用电力系统电磁暂态仿真分析软件(EMTP/ATP)对500kV输电线路合闸过电压进行分析.仿真结果表明:在非同期条件下,在输电线路末端加装并联电抗器和断路器加装合闸电阻能有效抑制过电压的幅值以及缩短过电压的持续时间,该仿真结果可为电力系统的安全运行提供参考依据.

快速响应磁控电抗器抑制特高压操作过电压研究

针对高电压等级电网的过电压限制与无功补偿存在矛盾的问题,提出了一种大容量并具有快速响应能力的磁控电抗器的设计方案。磁控电抗器的本体采用单相双绕组结构,保证了运行可靠性;接入电网的三相电抗器组的工作绕组以星形联结,中性点接小电抗,控制绕组为三角形联结以减小输出谐波;通过对低压控制回路直流电压的调节实现对电抗器输出容量的控制。提出2种励磁方式实现了磁控电抗器响应速度的大幅提高;也可采用控制绕组短接的方法实现电抗器容量的突增,以限制线路的操作过电压水平。应用一条1000 kV特高压线路模型,对采用常规并联高压电抗器和磁控高压电抗器时对三相对称合闸过电压的限制效果进行了计算分析,结果表明应用快速响应磁控电抗器可以对特高压线路操作过电压进行有效限制。

海上风电场内部电气系统合闸过电压仿真分析

随着海上风电场的规模越来越大,针对其内部电气系统的研究得到国际上的关注。文中对海上风电场内部电气系统可能出现的合闸过电压进行了仿真分析。用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件分析了有无运行馈线2种方式下的合闸过电压过程,并解释了二者过电压机理,考察了内部电气系统的不同设计参数对合闸过电压的影响,为海上风电场内部电气系统的设计以及风机端升压变压器的绝缘设计提供了一定参考。

数字化变电站的电压互感器配置和电压切换

简要介绍了常规变电站中电压互感器的配置及电压切换。提出了在开发电子式电压电流互感器后,在数字化变电站中如何配置电子式电压互感器,以及如何进行电压切换等问题。还提出了几种电压互感器的配置方案,并对方案进行了比较,提出了数字化变电站中电压切换的方案。

1000kV交流紧凑型输电线路相间空气间隙放电特性

为了解1000 kV特高压紧凑型输电线路相间空气间隙放电特性,获得相间空气间隙在模拟操作过电压条件下的放电特性参数,为相间绝缘间隙提供试验支撑,利用全尺寸特高压紧凑型塔窗,进行了塔窗内导线相间空气间隙操作冲击试验。并模拟档距中央的导线相间间隙,进行了标准操作冲击、1000μs长波前操作冲击放电特性试验研究。通过试验获得了多条重要的相间间隙操作冲击放电特性曲线,分析了不同电压分配系数α时长波前操作冲击电压相间放电特性的差异。研究结果表明,模拟线路档距中央相间(导线对导线)放电电压平均值较塔窗内相间(环对环)放电电压高3.9%。α取0.33、0.4和0.5时,放电电压与电压分配系数关系接近线性。

陡化前沿Marx发生器中开关过电压的研究

为了解陡化前沿Marx发生器单级放电回路中影响气体火花开关过电压的因素,在理论分析了过电压幅值后进行了实验研究。分析认为:消除级间元件的耦合电容与增大开关电极对地的分散电容是设计陡化前沿Ma-rx发生器的关键;10级陡化前沿Marx发生器放电模型的计算分析表明,开关电极对地分散电容还应具备一定的数值才能实现快前沿高压脉冲的建立。基于以上分析设计制作的10级陡化前沿Marx发生器充电40 kV时,在90Ω负载上得到了电压幅值约为210 kV,电流约为2.3 kA,脉冲前沿时间约为4 ns的高压脉冲,验证了分析的正确性。最后分析了发生器工作在SF6气体中分别采用电感隔离充电与电阻隔离充电时发生器输出脉冲波形的差异,并对陡化前沿Marx发生器的进一步优化设计给出了一些实用的建议。

10kV电容器组切换在用户侧产生的电压放大现象

分析了切换10kV并联电容器组时,在400V用户母线上产生的暂态过电压的放大现象。对影响暂态过电压放大的各种因素,如10kV补偿电容器的容量、用户侧用于补偿功率因数的补偿电容器的容量和阻抗、用户侧降压变压器的容量以及系统阻尼等,用电磁暂态分析程序(EMTP)作了全面的仿真分析。指出了放大暂态电压对用户设备的影响,并讨论了抑制放大暂态过电压的措施。文章还指出,解决暂态电压放大的较好办法是在用户侧功率因素补偿电容器上串接一电感以形成谐波滤波器。

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。

取消750 kV断路器合闸电阻的可行性研究

取消750 kV线路断路器合闸电阻可节省费用,提高断路器运行可靠性。笔者以即将建设的兰州东-银川东750 kV输电线路工程为背景,结合国外对取消合闸电阻的研究,利用电磁暂态计算程序(ATP/EMTP)计算装设1组避雷器和断路器合闸电阻时,线路三相合空线、单相自动重合闸统计操作过电压水平。计算表明,在首末端装设1组避雷器时,三相合空线、单相自动重合闸统计操作过电压最大值分别为2.38 p.u.和2.57 p.u.,在线路线路长度较短时,两端装设避雷器的方法可以将上述两种统计操作过电压抑制到1.80 p.u.以下,可见在线路较短时取消合闸电阻成为可能。

弱电网下变电站级微网运行模式平滑切换控制策略

弱电网下变电站级微网联络线距离长,系统容量大,并网/孤岛运行模式切换过程中电压波动剧烈易导致切换失败,为此提出一种运行模式平滑切换控制策略。一方面分析了柴油发电机组运行控制特性,对其电压输入回路进行了改进,使其适用于多并网点微网系统;另一方面在并网转孤岛切换中考虑联络线调压器调节特性,采用经电压闭锁的功率步长控制,有效减小了切换过程中的电压波动;采用自动同期与多次同期控制相结合的方式提高了孤岛转并网切换的及时性与成功率。该策略已应用于某微网项目中,成功实现了多次并网/孤岛平滑切换,验证了所提策略的有效性。

相控真空断路器同步关合电容器组的研究

分析了并联电容器组关合的暂态过程,用分相控制的永磁机构真空断路器进行了关合并联电容器组的试验研究。结果表明,相控真空断路器动作分散性小,可以有效地完成电容器组的同步关合,大幅度降低系统暂态过电压、减小涌流。

轨道交通车辆牵引电传动系统的调制与控制策略

针对轨道交通车辆牵引电传动系统,研究适应全速度范围的多模式调制方法以及与之相应的混合控制方法。首先,分析轨道车辆牵引电传动系统的特点,提出与之对应的多模式调制方法。其次,在分析多模式调制方法特点以及改进矢量控制方法存在问题的基础上,提出由矢量控制和转差频率控制构成的混合控制方法。最后,通过仿真和实验验证了多模式调制方法以及混合控制方法的有效性。混合控制方法避免了单脉冲调制模式下的磁场定向和弱磁控制,简化了控制算法,提高了单脉冲调制时系统控制的可靠性。矢量控制和转差频率控制之间的切换方法是混合控制方法实现的关键,本文对该切换方法进行了详细讨论。实验结果表明,该方法能够保证两种控制方法之间的平滑切换。