中性点柔性接地配电网故障相恢复电压暂态时域特征分析

配电网接地故障过零熄弧后的电压暂态恢复特性决定了系统过电压水平及电弧重燃特性,目前,中性点柔性接地配电网故障熄弧后暂态恢复电压变化机理尚不明确,为此建立柔性接地配电网接地故障暂态等值电路,理论解析故障过零熄弧后故障恢复电压的时域表达式。在此基础上,对比分析配电网谐振接地与柔性接地方式下,系统参数变化对故障相恢复电压暂态峰值与恢复速度的影响,揭示暂态时间尺度下故障相恢复电压特征随注入零序电流值与电流注入时机的变化规律,阐明通过中性点注入可控零序电流抑制故障暂态过电压的机理。在PSCAD/EMTDC仿真环境与10 kV真型配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,仿真与真型实验结果均验证柔性接地配电网故障相恢复电压时域解析特征与变化规律的正确性。

高压选相断路器T100a试验电流和瞬态恢复电压的计算

相对于常规高压断路器,选相断路器的T100a试验的大半波电流非对称度增大,导致IEC 62271-101:2021附录A、E提供的电流和瞬态恢复电压(TRV)参数不再适用。为了快速精确地计算这些参数,文中提出了以短路电流对称分量为基础计算电流参数,通过时域分析获得TRV修正系数的方法,公式简单、灵活性好,适用范围广。其计算结果与传统公式计算值保持一致,并被IEC WG67认可,包含在IEC TS 62271-319(已通过DTS投票)附录N中。

特高压GIL接人对断路器瞬态恢复电压的影响

由于特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的短路电流幅值大、短路时间长,其内部发生的过电压幅值较高,导致断路器的瞬态恢复电压(TRV)超过额定值。因此,对特高压GIL和断路器瞬态恢复电压的概述进行分析,并探讨特高压GIL接入对断路器瞬态恢复电压的影响。

超高压混合串补线路瞬态恢复电压暂态特性

混合串联补偿对输电线路暂态特性的影响亟待研究。为研究串联补偿混合复用对瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)暂态特性的影响,以500 kV超高压示范工程线路为研究背景,利用PSCAD/EMTDC建立可控串补与固定串补的电磁暂态仿真平台,分析系统发生单相接地故障时瞬态恢复电压变化规律,得到恢复电压上升率与短路电流变化曲线;采用对比分析方法,针对可控串补与固定串补不同配置方式,研究不同串补度对TRV特性的影响,并得出最佳串补配比。仿真表明:相比固定串联补偿(fixed series capacitor compensation,FSC)双平台分段布置,系统采用可控串联补偿(thyristor controlled series compensation,TCSC)与FSC混合复用时,TRV超标工况大幅增加;合理配置TCSC+FSC线路串补度,能够有效降低TRV与断路器短路电流,且能够满足断路器正常开断的国家标准。

可控型混合无功补偿对瞬态恢复电压影响研究

可控型混合无功补偿(hybrid reactive power compensation,HRPC)对输电线路暂态特性的影响亟待研究。在分析可控型混合无功补偿结构功能的基础上,以晋东南-南阳-荆门特高压示范线路为背景,建立特高压混合无功补偿线路单相接地故障等效模型,研究可控串联补偿+可控并联电抗器(thyristor controlled series compensation+thyristor controlled transformer,TSCT+TCT)混合无功补偿对断路器开断特性的影响。基于拉氏变换和等值参数集中电路,分析瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)影响因素,得出瞬态恢复电压随可控型混合无功补偿度变化规律。利用PSCAD/EMTDC,研究安装可控型混合无功补偿前后对瞬态恢复电压的影响,验证分析方法的有效性。结果表明:随着可控型混合无功补偿度的增加,TRV峰值和上升率R RRV不断增大,而TCT对瞬态恢复电压影响较小。

分闸电阻对单相重合闸瞬态恢复电压影响研究

单相重合闸动作于永久性故障时,瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)的峰值远超国标值。文中以超高压示范工程线路为背景,利用ATP-EMTP模拟重合闸失败导致断路器二次开断的情况,分析重合闸最危险投切时间范围,结合短路电流分析断路器开断过程的3个阶段对TRV特性的影响,并针对加装方式、投切时间、阻值等不同因素分析分闸电阻对TRV的抑制效果。仿真结果表明:重合闸动作时间影响TRV峰值,动作于永久性故障时最严重工况的TRV高达1 153.1、1 699.4 kV;分闸电阻加快TRV振荡衰减速度,断路器首次开断故障时加装600Ω分闸电阻后TRV峰值分别降为751.3、930.8 k V,研究结果对超高压输电线路的工程设计具有参考价值。

1000kV特高压断路器的瞬态恢复电压

为了合理地确定特高压断路器瞬态恢复电压(TRV)的试验参数,依托淮南-皖南-浙北-沪西1000kV同塔双回线路输电工程,研究由特高压系统回路特性产生的特高压断路器预期瞬态恢复电压。采用EMTP模拟计算方法,统计分析了变压器限制的短路故障(TLF)、断路器端部故障(BTF)和失步开断下的瞬态恢复电压,提出了以下建议:将DL/T402-2007中特高压断路器T10和T30规定的恢复电压上升率(RRRV)值由7kV/μs和5kV/μs分别提高至10kV/μs和7kV/μs;此工程失步解列点可指定在皖南站。比较了断路器装分闸电阻的优缺点,建议此工程可不装分闸电阻。这些建议均被同塔双回线路输电工程采用。

高压断路器恢复电压下喷口表面电场状态分析

对高压断路器进行额定短路电流开断试验,按照试验标准,当额定短路电流过零之后,恢复电压需加载于高压断路器的两端,此时高压断路器断口间的狭小空隙将被绝缘介质高速填充,形成具有绝缘能力的空间。在试验中,断口间因绝缘能力不足,无法克服恢复电压造成的电场强度,形成断口间击穿,或者喷口表面无法耐受恢复电压造成的电场强度,形成表面击穿,均可能造成额定短路电流重燃,使试验失败。针对某252 kV高压断路器额定短路电流开断试验,采用两种不同接线方式,利用有限元方法计算恢复电压条件下大喷口与小喷口表面的电场强度,从而为高压断路器喷口材质选择、喷口形态设计,以及喷口周围绝缘介质流速与流量设计提供理论依据。

不同故障下串联谐振式FCL对高压断路器恢复电压的影响

为了使串联谐振式故障电流限制器(series resonance type fault current limiter,SRFCL)能在超高压电网中投入实际应用,采用电磁暂态仿真计算软件ATP-EMTP,研究分析了500 kV电网中在母联处加入串联谐振式FCL对高压断路器在开断不同短路故障时恢复电压的影响。计算结果表明:加入串联谐振式FCL后,当断路器开断出线端短路故障时,恢复电压上升率提高了18%,第一参考电压提高了2.6%。当开断近区故障时,90%额定短路电流和75%额定短路电流条件下,恢复电压起始部分的上升率分别下降了19.26%和25.6%,峰值分别下降了11.05%和15.73%。当开断母线短路故障时,串联谐振式FCL对母联上断路器恢复电压的上升率有显著的影响,加入之后恢复电压上升率比加入之前提高了13.1倍,第一参考电压提高了78.5%。在母线出现短路情况下,恢复电压上升率与第一参考电压的大幅提高将严重影响断路器的开断,在串联谐振式FCL的应用过程中需要加以考虑和解决。

基于IEC标准的核电厂中压断路器暂态恢复电压研究

对比分析了IEC标准和IEEE标准对断路器耐受暂态恢复电压(TRV)的要求。基于IEC62271标准关于断路器在特定电路中耐受TRV的特殊要求,收集某核电厂的厂用变压器、共箱母线等设备参数,利用IEC标准中的计算方法得出耐受TRV和恢复电压上升速率(RRRV)的理论值(预期值)。通过断路器的T60型式试验,验证了VD4断路器满足耐受TRV的要求。

特高压交流输电线路加装串联补偿装置后断路器开断暂态恢复电压特性分析

特高压(UHV)线路加装串补后,由于电容器残压的作用,断路器清除线路故障时的暂态恢复电压(TRV)特性发生变化。为此采用电磁暂态程序EMTP对中国多个特高压串补工程的断路器TRV特性及其影响因素进行仿真研究,并对各种TRV抑制措施的效果进行分析。研究表明,如不采取措施,部分UHV串补线路断路器清除单相故障时的TRV峰值的标幺值可能>2.7(其基准值为(1 100×槡2/槡3)kV),目前相关标准要求无法涵盖;而清除多相故障时的TRV更加突出,可能导致清除故障失败甚至断路器损坏。快速联动旁路串补可降低TRV,实施容易,而降低串补度等TRV抑制措施则存在一定不足。提高断路器开断TRV能力和试验参数也是解决TRV问题超标的有效措施之一,建议进一步开展相关研究。

特高压断路器的瞬态恢复电压研究

结合晋东南—南阳—荆门1000kV特高压试验示范工程,研究了交流1100kV断路器瞬态问题中的断路器开断短路电流或失步解列后的瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)内容。在此基础上提出了我国交流1100kV特高压断路器的工作条件建议,分析了特高压断路器TRV问题的前景。认为我国特高压电网断路器在不采用分闸电阻的条件下。可满足IEC断路器扩展标准和正在修订的我国电力行业断路器标准中对TRV的要求。

超高压串联补偿输电线路的潜供电流和恢复电压

同无串补超高压输电线路相比，串补线路的潜供电流和恢复电压含有低频分量。文章通过对一５００ｋＶ输电系统进行简化等值电路的分析，以及用ＥＭＴＰ进行仿真计算，阐述了超高压输电线路恢复电压的拍频特性及串补线路潜供电流和恢复电压低频特性的产生机理，分析了弧道电阻对串补线路潜供电流的自熄和单相重合闸成功率的影响。

双断口真空开关瞬态恢复电压分布特性的仿真与实验研究

双断口真空开关介质恢复特性及暂态过程均压关系的探明是其成功开断的理论依据。运用暂态分析软件ATP搭建双断口真空开关仿真平台,利用其暂态分析控制系统实现了暂态真空电弧模型,在真空开关两断口有、无均压电容的情况下分别进行故障电流开断的仿真实验。搭建两真空灭弧室串联的双断口真空开关实验模型进行瞬态恢复电压分布特性的实验研究。实验与仿真结果吻合,共同证明双断口真空开关分断是否成功主要取决于介质恢复过程断口间电压分布是否均匀,两断口间的分压关系在动态介质恢复过程中主要由电弧电阻决定,而动态介质恢复完成后主要由断口两端的电容决定。因此,低分散性操动机构的设计与灭弧室两端均压电容的选定是双断口及多断口真空开关成功开断的关键因素。

基于PSCAD的500kV输电线路潜供电流和恢复电压的仿真分析

利用PSCAD电磁暂态仿真软件,对典型500 k V变电站和输电线路建模,计算出了潜供电流和恢复电压。该模型对500 k V系统有效熄弧提供了重要参数,为重合闸设备的重合时间设置和相关的继电保护定值整定,提供了切实可行的依据。对500 k V输变电工程的调试、启动和运行具有一定的指导意义。

1000kV交流紧凑型输电线路潜供电流和恢复电压计算分析

1000 kV特高压紧凑型线路潜供电流和恢复电压较特高压示范工程大,会降低单相重合闸的成功率,影响特高压系统的安全稳定性。为此,阐述了特高压紧凑型线路潜供电流和恢复电压的特点,基于两个500 kV区域电网之间采用特高压紧凑型线路作为联络线的系统,用EMTP程序计算分析了紧凑型线路潜供电流和恢复电压的影响因素。研究结果表明:采用并联高抗的中性点小电抗是限制潜供电流和恢复电压的有效措施,小电抗应兼顾绝缘水平和抑制潜供电流和恢复电压优化选择。要满足采用0.7 s单相重合闸的要求,紧凑线线路长度从100 km至500 km,高抗补偿度应从70%提高到95%。线路换位对潜供电流熄灭的影响相比环境等随机因素的影响和换位塔的造价,可以不予考虑,建议紧凑型线路不换位。

电感型FCL对断路器恢复电压上升率的影响

安装故障限流器可有效降低电力系统的短路电流水平和高压断路器的遮断容量要求,但也可能造成更加苛刻的开断条件。针对安装电感型故障限流器的系统发生出线故障和近区故障的现象,通过理论分析与推导,给出了描述断路器恢复电压上升率与限流比、杂散电容以及近区故障距离之间关系的数学表达式。基于这些理论公式,研究了各主要参数对恢复电压上升率的具体影响,并与文献中的有关仿真结果进行了比较,验证了分析方法的有效性。本文的研究结果为电感型故障限流器的参数优化和高压断路器开断特性的选型提供了分析基础和理论依据。

断路器合成试验瞬态恢复电压调节线路的确定

为满足IEC62271-100:2001和GB1984-2003《高压交流断路器》的新要求,研究了高压交流断路器合成试验瞬态恢复电压(TRV)调节线路。分析国内外合成试验时所用各种TRV调节线路后设计了一种便于大功率试验站合成试验室实施的调节线路。计算了试验电压126kV等级,试验电流40、31.5、25kA的开断电流100%(T100)和60%(T60)、近区故障、失步开断共12个试验方式的TRV调节线路参数。利用ATP软件仿真了所设计的合成试验TRV调节线路的波形,并且用低压模拟的方法进行了验证,得出了实际试验运行时采用的TRV调节线路参数,满足了新标准要求。研究对象为仅由回路参数决定的TRV,即“预期TRV”。因新的IEC标准及GB中对TRV的要求变化主要为用四参数表示的标准值,故仅研究四参数TRV调节线路。对于试验方式T30、T10(126kV等级),该TRV调节线路可以很方便改接为两参数调频回路。

真空断路器瞬态恢复电压与弧后电流相互作用仿真研究

为进一步理解真空断路器开断过程中的电流零区现象,仿真分析了真空断路器开断短路故障和切除电容器组时瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)和弧后电流的相互作用。在PSCAD/EMTDC中建立了基于Langmuir探针理论的真空断路器弧后电流仿真模型,仿真结果和试验结果相符,验证了模型有效性。仿真结果表明:开断短路故障时,是否考虑弧后电流对TRV没有明显的影响,弧后电流大小则与TRV上升率成正比;切除电容器组时,弧后电流对起始TRV有显著影响,但对工频恢复电压没有影响。此外,短路类型、短路点位置、短路合闸相角、系统等效电感、电容等网络参数对TRV和弧后电流也有很大影响。研究成果有助于分析不同工况下真空断路器面临的开断考验。

双断口真空断路器的瞬态恢复电压分配机理与均压电容研究

瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)均匀分配是双断口真空断路器安全可靠运行必须解决的关键问题。从双断口真空断路器的暂态等值电路出发,建立了描述其TRV分配特性的数学模型,揭示了杂散电容和弧后等离子体特性差异是导致双断口真空断路器TRV分配不均匀的2个主要因素。基于真空电弧模型,仿真验证了双断口真空断路器TRV分配数学模型的有效性。不同均压电容下双断口真空断路器TRV分配特性的仿真和试验结果均表明:均压电容能有效提高TRV分配的均匀性;然而,过大的均压电容会显著提高重燃电流的幅值和持续时间,不利于双断口真空断路器的成功开断,即表现出负效应。因此,均压电容取值不宜过大,能保证TRV分配比较均匀即可。