用于串补保护的间隙触发装置的研制

间隙触发装置(GTED)在串补工程中有着非常重要的作用,它的设计思路是否合理,性能是否可靠,直接决定着整个系统的稳定性。详细介绍了基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的GTED的激光供电取能、状态监视和触发间隙等的原理,并通过大量的间隙触发试验,说明了设计过程中应该重点解决的抗干扰等问题。

串补间隙触发控制系统故障分析

强制触发型火花间隙是超、特高压串联补偿电容器组重要的过电压保护设备,间隙触发控制系统则是用于实现对主间隙进行强制性触发控制的电气设备。检修记录显示间隙触发控制系统已成为串补成套装置中故障率较高的薄弱环节,而且多数故障是由间隙触发控制箱(GTCB)内的触发控制模块和电源模块引起。本文结合串补间隙触发系统的基本设计思路,提出了此类故障的排查方法。然后进一步结合工程检修实例详细分析了导致这些故障的根本原因,提出了预防故障发生的优化和改进方法。该研究成果全面提高了我国串补的运维检修技术,部分研究成果还可推广应用于超特高压交直流输电领域在线监测等需要从高电位获取电能的CT取能类电源应用场合。

特高压混合直流工程快速旁路保护用兆伏级SF_6间隙等离子体喷射触发特性及工程设计

在江苏白鹤滩±800 kV特高压混合直流工程中,受端交流侧三相接地故障穿越失败时,会在±400 kV柔直母线上产生高幅值过电压,严重威胁柔直阀组安全,而基于等离子体喷射的超快速旁路开关1 ms内将柔直母线快速接地保护柔直阀组是一种全新的解决方案。DC 400 kV触发间隙需满足高耐压(>1.2 MV)、低工作系数(<5%)、短延时(<1 ms)、大通流等严苛要求,而如何实现高气压、长间隙的可靠触发导通,并提出工程化设计方案是关键难题。为此搭建了增强型等离子体喷射触发间隙导通研究平台,重点研究触发电压、气压、间隙长度以及工作系数等关键影响因素对SF_(6)触发间隙导通特性的影响规律。结果表明,提升触发电压可显著提升触发导通概率、降低触发延时,但存在一定的饱和现象;在固定的工作电压下,随气压或间隙长度的增加,工作系数显著减小,导致触发延时骤增且导通概率急剧减小;在相同工作系数下,高气压短间隙的触发导通性能更强。据此提出满足特高压混合直流工程400 kV柔直母线快速接地用DC 400 kV间隙开关,间隙采用复合外套单间隙结构,轮转型触发腔设计实现多次触发。研制了触发间隙试验样机(间隙距离为10 cm、压强为0.5 MPa的SF_(6)),其雷电耐压>1250kV,临界可触发电压<50 kV,导通时延<0.5 ms。该研究结果为特高压混合直流输电系统中柔直阀组快速保护用兆伏级SF_6触发间隙工程应用提供了理论支持和工程初步设计方案。

500kV固定串补区外故障间隙自触发问题分析

以南方电网2009年4月10日串补间隙自触发故障为例,对串补区外故障间隙自触发问题进行了深入的研究。在详细介绍等离子火花间隙和强制触发型火花间隙构成的基础上,对两类不同结构的间隙触发原理进行了对比、说明。调取并分析该次故障时所涉及不同串补站串补的故障录波,对各间隙触发过程及触发参数进行分析,找出了本次自触发故障中各不同类型间隙所遵守的相同的自触发规律。最后,对串补站的安全稳定运行提出了若干建议。

长间隙真空触发开关导通特性

基于真空触发开关的导通机理,设计了长间隙真空触发开关导通特性的实验方案。根据高速摄像图片讨论了长间隙真空触发开关的导通过程和影响导通特性的因素。通过实验得到了触发电流对间隙脉冲电流的影响规律:采用上升时间较短且峰值较高的触发电流,能够明显降低主间隙的火花电阻和导通延时,验证了对导通过程的理论预测。

用于串补的激光触发与电脉冲触发火花间隙对比实验研究

目前串补电容常采用电脉冲触发火花间隙作为其快速旁路保护,实现这种触发方式的难点在于确保整个触发装置与高压端的电气隔离。为解决此问题,研制了一种激光触发火花间隙,对其进行了自击穿和触发击穿测试,通过实验比较了相同形状尺寸的激光触发火花间隙与电脉冲触发火花间隙在不同极性、不同间隙距离下的触发击穿电压,并对2种火花间隙的放电机理进行了初步分析。实验结果表明：激光触发火花间隙的最小可靠触发击穿电压在自击穿电压的26%-48%之间;电脉冲触发火花间隙的最小可靠触发击穿电压在自击穿电压的43%-64%之间;两种火花间隙正极性下的最小可靠触发击穿电压均低于负极性下的最小可靠击穿电压。

旋弧式SF_(6)/N_(2)混合气体触发间隙开关电弧仿真与实验研究

江苏—白鹤滩±800 kV特高压混合直流输电工程中,采用触发间隙开关作为400 kV母线消能装置开关。开关主电极采用了带有螺旋槽结构的平板型横磁旋弧电极。文中使用了三维MHD电弧模型对触发间隙开关主电极的旋弧特性进行了研究,仿真获得了不同电极结构对电极控弧性能的影响。仿真结果显示电弧在横向磁场的作用下,整体沿电极边界进行高速旋转,降低了电弧对主电极的烧蚀程度。电弧转速随着电极旋弧瓣数的增加而增加,随着极板直径的增加而减小。通过与通流实验中拍摄的主电极旋弧过程进行对比,综合仿真和实验的结果,确定了工程应用的电极结构具体参数。

4种真空触发间隙抖动时间特性的研究

介绍了4种真空触发间隙的结构及其抖动时间特性的试验结果.

可控串补区内故障间隙自触发问题分析及处理建议

针对冯屯500 k V可控串补站在区内瞬时性单相接地故障过程中的火花间隙系自触发问题,笔者根据火花间隙的结构和原理,结合伊冯甲线可控串补保护动作和录波数据,分析了火花间隙的自触发原因,结果表明,火花间隙的自触发与火花间隙元件本身和环境因素有关,伊冯甲线可控串补火花间隙自触发属于误触发。同时,为保证伊冯甲线可控串补系统安全运行,提出对投运火花间隙进行定期维检建议。

强制触发型火花间隙现场试验方法研究

GAP(强制触发型火花间隙)是超、特高压串联补偿电容器组重要的过电压保护设备,统计数据表明,GAP是串补成套装置中故障率较高的薄弱环节,亟需研究并提出满足检修需要、精准而明确的现场试验方法。通过将传统检修中的密闭间隙自放电电压测量和触发功能试验合并,进一步优化成GAP触发放电联调试验,在确保现场试验可操作性的前提下,扩大了试验的检测范围,减小了对串补原有设备和接线的影响范围,全面提高了GAP检修工作的精准度和效率。通过实际工程应用验证了在串补检修工作中采用GAP触发放电联调试验的合理性和有效性。

气体开关触发间隙与过压间隙击穿特性研究

为研究快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)多间隙气体开关的触发击穿特性,针对一种环形电极两间隙等效实验开关,开展不同触发电压、工作系数和电极材料下的击穿特性实验,对比两个间隙的击穿延时和抖动,分析间隙击穿特性的主要影响因素和作用机制。实验结果表明:触发间隙击穿延时主要受触发电压影响,而工作系数是过压间隙击穿延时的主要影响因素;开关抖动主要来自于触发间隙,触发间隙抖动随触发电压的增大明显减小,过压间隙抖动基本不随触发电压和工作系数变化且维持在较低值;石墨电极开关的击穿延时和抖动明显小于不锈钢、黄铜和钨铜电极开关,具有良好的触发击穿性能。通过分析指出,是否有预电离可能是两个间隙击穿特性差异的主要原因。

电网串联补偿区外间隙自触发故障仿真分析

串补装置的正确运行对电网的安全稳定运行起着非常重要的作用,其中间隙自触发作为串补电容器和MOV(Metal Oxide Varistor)的过压保护,起着保护电容器和MOV的重要作用。本文在详细的介绍了间隙构成和间隙自触发的基本原理的基础上,以某电网串补间隙自触发故障为例,用EMTP仿真软件进行系统等值模型,模拟电网事故并进行计算。最后通过对比故障录波结论,验证事故仿真的正确性,并给出相应的处理措施。

预电离开关触发间隙击穿时延特性

为了研究预电离开关触发间隙在是否叠加主间隙电场时的击穿时延特性,采用基于气体放电流体模型和有限容积法的二维程序对氮气中气压0.1~0.7MPa、电极间距0.5mm和1mm、间隙上脉冲电压上升速率与气压的比值d(u/p)/dt等于0.8 kV/(ns·MPa)和0.4 kV/(ns·MPa)、主间隙与触发间隙之间分压比不同时叠加主间隙径向电场下触发间隙的击穿过程进行模拟并对比实验数据。结果表明,由于d(u/p)/dt影响间隙中的平均归一化电场Eav/p的变化过程,d(Eav/p)/dt值确定时,气压、初始电子产生的时刻和电极间距等是影响间隙击穿时延的主要因素。叠加主间隙径向电场会增强触发间隙中的空间电场并加快电子崩的发展过程,但也会使电子沿径向漂移,导致击穿时延增长。为削弱叠加径向电场的影响,可以减小分压比、增大d(u/p)/dt和阳极直径。

大容量密封触发真空间隙设计与试验

为了适应电力系统快速闭合的需求,有必要开展大容量密封触发间隙关键技术研究及样机设计,为此对应用于35 k V及以下电压等级的触发真空间隙(TVG)进行了设计研发。分析了TVG触发导通产生的真空电弧特性,及工作电压、触发时延和通流能力等性能,选用了多棒极TVG结构;设计了TVG触发极,确定了间隙触发方式及回路,对TVG进行双极性触发控制确保其在交流电压下可靠触发;对TVG触发导通产生的电弧受到的电磁力进行了仿真计算,并开展了电弧运动观测试验,以此设计优化了TVG主电极。利用多棒极TVG关键技术研究成果,研制了12 k V和40.5 k V TVG样机,提出了产品的技术参数,开展了样机的触发、通流及绝缘恢复性能试验,结果表明12 k V样机的触发电压为0.5 k V,40.5 k V样机的触发电压为5 k V,触发时延<200μs,性能均满足技术要求。

±800 kV混合直流输电工程用DC 80 kV SF_(6)/N_(2)等离子体喷射触发间隙研制

白鹤滩—江苏±800 kV混合直流输电工程在交流侧故障穿越过程中,为了限制柔直母线上过电压吸收冗余能量需要加装可控自恢复消能装置。为了实现可控自恢复消能装置的1 ms快速投入,需要研制DC 80 kV SF_(6)/N_(2)等离子体喷射触发间隙。根据工程需求,分析了工程应用条件,明确触发间隙关键技术要求。针对高性能触发的要求,提出了高压脉冲型等离子体双级接续触发方法,设计了同轴层压式产品化触发腔,搭建触发特性试验平台,开展触发性能试验研究,并提出通过监测触发过程中储能电容电压变化在线监测触发性能的方法,研究结果表明,最低可触发电压为50 kV,触发时延在0.3 ms以内,空载触发寿命为1800次。针对大直流通流及快速绝缘恢复的要求,依据横磁电极旋弧原理,完成自旋弧主电极设计,开展电场及旋弧仿真,设计搭建了通流及绝缘恢复试验回路开展试验研究,拍摄电弧运动。结果表明,电弧能够沿主电极边缘高速旋转,实现30kA/50ms通流后0.1s恢复耐受1.5倍额定电压、通流寿命50次。基于上述关键问题的解决,完成了双冗余等离子体喷射触发间隙本体及高电位测控的成套装置结构设计,研制了样机并通过了第三方性能试验验证,绝缘、触发和通流关键技术指标全面满足白江工程要求并将工程应用。

可控避雷器的触发型间隙方案研究

可控避雷器技术可以深度限制电力系统操作过电压,而该技术实用化的关键是其控制元件的简单可靠。为此提出一种新的触发型间隙作为控制元件,该间隙无需外部触发信号和能量,仅利用避雷器自身动作电流实现触发导通。以限制特高压交流合空线过电压为典型应用,可控比取10%,首先确定间隙参数并建立间隙模型,通过仿真分析研究间隙方案的限压效果及触发特性,然后提出间隙结构并设计原理样机,通过样机试验验证间隙触发功能及模型的正确性,最后综合仿真和试验结果,确定间隙方案可行性。研究结果表明:提出的触发型间隙能够在0.87倍额定电压下可靠触发导通,典型触发时延为33~333μs,且过电压波前越陡时延越短。间隙特性满足应用要求,该间隙方案用于可控避雷器具有技术可行性。

一起500kV串补线路瞬时性故障时串补间隙自触发现象的分析

文章对某500kV串补线路在一次线路瞬时性故障时,间隙发生自触发现象进行了分析,并对间隙触发系统及触发原理进行了介绍,同时对可能导致间隙自触发产生的原因进行了检查分析,并提出了现场对间隙设备的维护建议。

500kV串补系统中火花间隙系统研究

介绍了500 kV串补系统中广泛应用的火花间隙系统结构及导通原理。针对GTD强电磁干扰的工作条件重新设计其相关电路,阐述了其工作原理及特点;介绍了密封间隙的结构及导通原理,通过对密封间隙和整个火花间隙进行触发试验,结果表明,新设计的GTD装置能够可靠地将密封间隙强制击穿导通,进而使整个火花间隙系统导通。实际人工接地短路试验结果表明整个火花间隙能够可靠地强制导通。

国际首台等离子体喷射触发间隙具备试运行条件

2021年6月29日,国网特高压部组织召开了中国电力科学研究院自主研制的国际首台直流80 kV等离子体喷射触发间隙技术鉴定会,与会领导及专家一致认为该产品填补了国际空白,各项性能满足白鹤滩-江苏±800 kV混合直流输电工程可控自恢复消能装置要求,具备挂网试运行条件。等离子体喷射触发间隙是一种通过产生等离子体喷射,在1 ms内高性能触发导通绝缘气体间隙,实现超高速控制和保护,是有效保障电网及设备安全的新型高压设备。

沿面击穿型触发真空开关的触发实验研究

为给触发真空开关(TVS)在脉冲功率系统多级放电中的应用提供参考和设计依据,通过空载和通流两种触发实验研究了一种沿面击穿型的TVS,对比分析触发间隙电阻和触发电压两个参数变化规律的实验结果表明,在通流实验次数不多时存在触发间隙电阻增大、触发电压减小的趋势,原因在于沿面击穿型TVS工作过程中主间隙电流的作用远大于触发电流的作用,而主间隙电流的作用取决于大电流电弧以及金属蒸气沉积的效果。