40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法

40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器时,极易出现截流和电弧复燃,由此产生的重燃过电压会危害系统设备绝缘,危及电网安全稳定运行。为分析重燃过电压的特性及危害,文中考虑分闸过程中真空断路器触头之间的燃弧特性,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC构建了准确的真空断路器的三相分闸重燃模型及开断并联电抗器的220 kV变电站系统仿真模型,分析了真空断路器分闸初相角和介质绝缘恢复速度对重燃过电压的影响。文中提出了避雷器和阻容吸收器、以及避雷器和铁氧体磁环两种过电压协同防护方案,与避雷器、阻容吸收器和铁氧体磁环单独使用时对重燃过电压的抑制效果进行了对比,并分析了不同安装位置下的抑制效果,验证了文中所提出的避雷器和阻容吸收器以及避雷器和铁氧体磁环两种协同防护重燃过电压方案的有效性。文中的研究成果为并联电抗器的投切和抑制方面的实际应用提供了理论支撑。

真空断路器开断并联电抗器的三相建模

针对40.5 kV真空断路器开断并联电抗器的工况,为了消除现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究的现状,对一种型号的40.5 kV真空断路器进行了试验,得到其触头间介质动态绝缘强度曲线、高频电流熄灭判据和截流数据,并建立了断路器开断并联电抗器的三相仿真模型,同时考虑了三相间的耦合。应用ATP-EMTP软件进行了该型号真空断路器开断并联电抗器的三相仿真研究,并与现场试验结果进行了比对,仿真结果与试验结果大致相符。

40.5kV真空断路器开断并联电抗器时过电压的产生机制

近年来,35 kV电网中真空断路器开断并联电抗器时发生了多起事故,原因不明。采用数据统计的方法,对现场燃次数最高达128次,三相重燃过程持续时间最长达5ms,试验的大量结果进行了总结和分析。经统计,单次开断中重后重燃相瞬态恢复电压上升率可高达13kV/s,无保护情况下相间过电压可超过8.0pu,相对地过电压均可超过4.0pu。结果表明,三相多次重燃和相间过电压是此类事故的主要原因。基于电路理论分析并揭示了三相多次重燃过程的产生、发展和结束机制,即工频电流首先过零相的预期瞬态恢复电压幅值高,导致电弧重燃,重燃产生的高频电流经电缆的相间耦合导致其他两相发生强制熄弧。强制熄弧相预期瞬态恢复电压的幅值和初始上升率都极高,继而引发三相多次重燃过程,并产生可达相对地过电压幅值的2倍的相间过电压。

真空断路器开断并联电抗器保护措施仿真分析

近年来中国中压配电系统中真空断路器切除并联电抗器时故障频发,如站用变压器及母联开关等设备闪络,甚至引发开关柜烧毁的严重事故。以某220 kV变电站的20 kV系统发生的该类故障为研究对象,运用PSCAD/EMTDC建立该变电站系统模型,仿真分析故障发生时系统的运行状态,并结合故障现象分析故障发生原因,提出相应措施,以抑制真空断路器切除电抗器时的操作过电压。仿真计算结果表明,由于真空断路器开断时发生截流、复燃且电抗器与杂散电容间发生谐振等多个方面原因,真空断路器切除电抗器时产生较高过电压,如果仅在电抗器侧安装避雷器与电容器,将无法有效抑制由于截流和复燃产生的过电压,需要在电抗器两端并联阻容保护装置。针对故障变电站的系统配置,建议电抗器并联的阻容装置电容值取0.2μF,电阻值取400Ω为宜。

35kV并抗操作过电压治理研究

为治理35 kV并抗操作过电压,通过ATP-EMTP计算机仿真评估、10 kV模拟试验及35 kV现场试验,对35 kV并抗操作过电压治理措施进行了试验研究及仿真评估,对断路器并抗中性点侧投切、并抗并联匝间避雷器等措施进行了现场试验验证,结果表明采用断路器并抗中性点投切可极其有效地治理空母线开断并抗母线侧过电压风险,对其他治理措施的有效性及适用范围进行了探讨。

35 kV空母线系统中真空断路器投切电抗器相关问题分析

在35 kV空母线系统中,真空断路器投切电抗器可能会产生较高的操作过电压,甚至引发谐振。笔者基于某220 kV变电站35 kV空母侧由投切电抗器而引发的多起故障,根据故障现象及系统的实际运行情况,对与电抗器操作相关的操作过电压、谐振等问题分别进行了计算和分析,得出变电所由投切电抗器引发的多起故障中,PT熔丝熔断主要由谐振引起,所变故障以及电抗器故障发生的主要原因与其自身绝缘相关,并给出了解决措施和建议。

真空断路器投切并联电抗器过电压故障分析

文中以某220 kV变电站20 kV系统侧由真空断路器开断并联电抗器过电压引发的事故进行了分析。基于电路理论阐述了真空断路器投切并联电抗器过程中的截流、复燃、多次重燃过电压产生的机理,运用PSCAD建立了20 kV系统电磁暂态仿真模型,对不同截流值、不同并联电容下系统母线侧与电抗器侧的过电压进行了计算。结果表明常规氧化锌避雷器只能限制过电压幅值,不能改变频率和陡度,且现有避雷器均为相对地避雷器,不能有效地抑制相间过电压;电抗器两端加装并联电容器(或阻容吸收装置)可降低过电压幅值和陡度,能较好地抑制真空断路器投切电抗器过电压。

真空断路器投切35 kV电抗器相关问题研究

35 k V真空断路器投切电抗器时可能会产生较高的操作过电压进而引发故障,浙江省电力公司目前采取了多项措施来治理投切并联电抗器引起的操作过电压。基于真空断路器投切并联电抗器过程中截流、复燃、三相同时开断过电压产生的原理,针对所采取的治理措施展开计算和分析,从电路理论角度阐述各项措施的有效性。

真空断路器投切并联电抗器过电压实例研究

通过对两个类似的真空断路器现场切并联电抗器的过电压实例进行比较研究,对其中的过电压情况进行分类和总结,分析了过电压产生的机理,并根据两个实例的异同评价过电压保护措施的效果,还提出了阻容吸收装置的参数计算方法和实例。

10.5kV 10MVA并联电抗器截流过电压保护

阐述了三相并联电抗器首相开断和后两相开断截流过电压的机理,提出了R-C阻容吸收装置的电阻和电容的选取方法,介绍了现场实际合切并联电抗器情况。

海上风电场真空断路器投入并联电抗器的过电压及防护

目前,海上风电场暂态过电压研究引起了广泛的关注。为改善现有海上风电场设备模型在高频条件下的局限性,搭建了真空断路器自定义高频合闸模型。考虑并联电抗器杂散电容的影响,建立了典型海上风电场35kV系统模型,用于分析投入并联电抗器过程中在汇流母线及风机端变压器上产生的操作过电压。大量仿真结果与试验显示,海上风电场投入并联电抗器将出现峰值、陡度均高于陆上风电场的操作过电压。针对这种过电压分析了多种保护方案,发现并联安装避雷器和阻容吸收器抑制过电压的综合效果较佳,为海上风电场的设计、关键设备的绝缘保护和日常运维等提供了参考。

12kV真空断路器投切并联电抗器合闸预击穿过电压的研究

12 kV真空断路器投切并联电抗器时可能会产生合闸预击穿现象,形成危险的过电压。为探明合闸预击穿产生过电压的情况和改进现有合闸仿真模型。笔者在运行电网上对一种型号的12 kV真空断路器合闸并联电抗器进行了一系列的现场试验研究,并对合闸预击穿暂态过程和现象进行了分析。结果显示:该型号真空断路器的合闸预击穿率高达50%,且合闸预击穿相对地过电压均可超过4.0 p.u.。统计得到其合闸操作不同期特性、预击穿暂态过程中断口间介质动态绝缘强度恢复曲线和高频电流熄弧特性,并在ATP-EMTP中搭建真空断路器合闸预击穿MODEL控制模型。考虑电缆三相间的寄生参数,对该型号真空断路器合闸并联电抗器进行三相仿真计算,与试验结果对比分析显示,仿真结果与试验结果基本一致。

真空断路器开断35kV并联电抗器的三相建模仿真与过电压抑制研究

为探究真空断路器开断35 kV并联电抗器时过电压产生机理和改进现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究现状,基于ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,利用Fortran语言在MODELS模块中编写控制程序,建立40.5 kV真空断路器开断时电弧重燃三相模型,搭建了真空断路器开断35 kV并联电抗器三相仿真电路并考虑了断路器、三芯电缆三相间的寄生参数。在研究回路无任何保护情况下,断路器负载侧相间电压达到235 kV(7.1 p.u.),对地电压达到145 kV(4.4 p.u.)。仿真结果表明:三相多次重燃和"虚拟截流"现象是此类事故的主要原因。最后提出几点抑制开断并联电抗器时产生过电压的措施。

真空断路器开断并联电抗器过电压抑制措施

真空断路器开断并联电抗器过程中,因截流、重燃会出现幅值、频率极高的过电压。为真实地再现分闸过电压,依托重庆云阳站现场实测的断路器电压、电流数据,同时考虑了截流值、介质动态绝缘强度和高频熄弧能力3个因素,在ATP-EMTP中搭建了更加精确的真空断路器电弧重燃模型,并以此为基础讨论合理的抑制措施。仿真中采用了避雷器、阻容吸收器和延长电缆3种过电压抑制措施。仿真结果表明,电缆长度对过电压抑制效果并不显著,避雷器与阻容吸收器的型号、安装数量和位置对抑制效果存在影响。结合仿真与实际,最后提出最佳抑制方案,即在站用变和电抗器处电缆末端均安装伏安特性曲线较低的避雷器,可以将两处最大分闸过电压分别限制在3.44 pu和3.67pu。

真空断路器开断并联电抗器的仿真分析

近年来,随着真空断路器在电力系统的普及应用,与之相关的系统过电压事故也时有发生,特别是在开断感性负载时更为常见。为了能对过电压的发展过程进行更为深入地研究,应用EMTP对某变电站真空断路器开断并联电抗器过程中产生的操作过电压进行仿真分析。通过建立电弧电流过零判断、重燃判断、真空开关介质动态绝缘强度曲线等模型,模拟真空断路器开断过程中的重燃过程。仿真结果表明,真空断路器开断感性负载时,一旦发生三相电弧的反复重燃,操作过电压峰值会远高于系统额定运行电压,对系统绝缘带来严重的安全隐患。

真空断路器合闸10 kV并联电抗器过电压抑制的仿真研究

真空断路器合闸10 kV并联电抗器通常会伴随预击穿,危害系统设备绝缘。根据重庆云阳站的现场试验,分析断路器断口暂态恢复电压,在ATP-EMTP中搭建了等效的断路器预击穿模型。文中采用避雷器和阻容吸收器作为抑制装置。仿真结果表明,安装位置、数量和装置型号对过电压抑制均存在影响。单一的避雷器或者阻容吸收器无法同时抑制多处过电压。此外,安装距离被保护装置越近,抑制效果越好。最终对比分析不同抑制措施下的抑制效果,得到最佳抑制措施。研究工作对实际应用具有一定的指导意义。

220kV变电站35kV侧真空断路器开断并联电抗器过电压保护方案研究

针对多次发生35 kV真空断路器开断并联电抗器引发过电压事故的某220 kV变电站,建立了基于ATP-EMTP的电磁暂态模型,介绍了三星型避雷器、组合式四星型避雷器和RC阻容吸收器这3种不同的保护装置,仿真分析计算了将这3种保护分别各自安装在35kV母线、断路器负荷侧和并联电抗器侧时的过电压。研究结果表明,三星型避雷器几乎无法限制相间过电压,组合式四星型避雷器对相间过电压有一定的限制作用,RC阻容吸收器对相间过电压的限制效果最好,而单独安装一种保护装置无法同时有效抑制各处的过电压。

真空断路器开断并联电抗器过电压试验研究

针对国内35kV与20kV系统真空断路器开断并联电抗器系统事故多发情况,开展35kV系统工况下的现场试验,分析了开断后的暂态过程及过电压的机理,并在实验室进行了20kV系统真空断路器在额定电流下投切电抗器的截流试验,研究截流值和过电压规律。结果表明:截流过电压幅值远小于重燃过电压,多次重燃过电压是真空断路器开断并联电抗器频繁出现高过电压的主要原因;在系统典型额定工况下,300A负载电流下的截流值比100A负载电流下小,真空断路器的截流值随着开断电流的增大而减小的理论在系统额定电流下同样成立。

基于ATP-EMTP的真空断路器切断并联电抗器过电压及其抑制策略分析

真空断路器在切断并联电抗器时伴随着截流过电压、多次重燃过电压等危害,造成电力系统的不稳定运行。为此,文中基于ATP-EMTP软件首先对变电站实际运行情况进行仿真分析,发现了在母线侧、负载侧以及电抗器侧存在着严重的相对地过电压以及相间过电压。随后通过结合过电压种类以及严重程度,选择了不同的保护装置并对保护效果进行仿真分析,得出双路RC过电压保护装置对于真空断路器切断并联电抗器产生的过电压具有较好的抑制效果。最后根据变电站的实际运行情况,对采取不同保护装置安装措施后过电压情况进行仿真计算,对比了不同的过电压抑制方法。研究结果表明,切断并联电抗器产生的过电压幅值可达普通情况下截流过电压的2倍;在不同位置相间过电压均显著大于相对地过电压;在负载侧和电抗器侧安装双路RC保护装置保护效果和经济性最佳,可使过电压值降低幅度达50%~69%,从而保证变电站的安全稳定的运行。

真空断路器投切并联电抗器试验研究

为探明真空断路器投切并联电抗器时产生过电压的情况,并比较保护措施的效果,在运行电网上,对10kV真空断路器投切并联电抗器的实际运行进行了试验,在理论上进行了定性分析。证实:真空断路器投切电抗器时,将产生较高的过电压。为限制过电压,除按目前通行的措施安装氧化锌避雷器保护外,加装阻容吸收保护装置将更为有效。最后建议盘、柜制造厂宜生产投切并联电抗器专用的真空断路器柜,以备电力用户选用。