污秽潮湿条件下ACF瓷柱式断路器直流泄漏电流和直流电压分布规律研究

为了模拟交流滤波器瓷柱式断路器开断容性负载后直流电压分布,在人工气候室开展污秽潮湿环境下断路器双断口直流电压分布规律及电压—电流特性研究,在不同断口污秽比值与环境湿度条件下,通过直流高压发生器使断路器双断口同时承受直流高压,测量断口泄漏电流及断口间直流电压。试验结果表明:环境相对湿度达到90%及以上时,断路器2个断口由于污秽分布不均引起瓷套表面电导率不一致,导致开断容性负载后负载侧的直流电压大部分集中在同一个断口上,且随着相对湿度提高,断口泄漏电流会出现急剧增加的拐点。此外,还提出解决直流电压分布不均匀的研究方向。

断路器并联动态合闸电阻对滤波器合闸涌流的抑制效能研究

断路器并联合闸电阻是抑制换流站交流滤波器合闸涌流的常用措施之一,运行经验表明,若合闸电阻为定值电阻,则其对合闸涌流的限制作用并不十分理想,为此,该文提出了断路器并联动态合闸电阻的涌流抑制方案。以天山换流站为工程背景,搭建了滤波器合闸涌流仿真计算模型,针对HP24/36、BP11/13、HP3及SC 4种典型滤波器,结合选相合闸、动作持续时间等因素,研究了线性动态电阻及非线性动态电阻对合闸涌流的抑制效能,并分析了其对滤波器主电容电压应力的影响。研究结果表明,动态电阻对滤波器涌流的抑制效果明显优于定值电阻,同时也有效限制了滤波器主电容的电压幅值;综合动态电阻4种阻值衰减趋势下的涌流及电压响应特性,提出了动态电阻阻值的最优变化规律。

±1100kV直流系统整流侧交流滤波器断路器开断时负荷特性研究

目前中国正在规划设计的首个±1100 kV特高压直流输电工程的整流侧拟采用750 kV交流系统供电,由于特高压直流系统的工作特点,在整流侧750 kV交流系统预配置大容量的滤波、无功补偿装置,因该装置持续工作电压高、容量大,因此必须对750 kV滤波、无功补偿装置分合闸操作中断路器的电负荷以及无功分组容量对断路器电负荷的影响进行研究。笔者以该工程为背景,利用EMTDC/PSCAD程序研究了整流侧750 kV交流滤波器用断路器在多种不同工况下的开断负荷。计算分析了不同运行方式、不同工况下切除交流滤波器时断路器的开断电流、断口恢复电压等,研究了交流滤波器不同分组容量下断路器的开断负荷特性,计算结果可为该直流系统整流站滤波器的分组设计和断路器选型提供参考依据。

光电流互感器在直流换流站应用中出现的问题以及处理方法

针对在三峡电力外送工程的直流换流站中多次发生由于光电流互感器出现扰动而使交流滤波器差动保护跳闸事件,分析了光电流互感器在使用中的故障原因,并提出相应的技术改进。

±500 kV换流站交流滤波断路器闪络故障分析及外绝缘特性

交流滤波器的频繁投切会造成断路器承受较大直流残压,同时受环境因素的影响容易导致断路器发生闪络故障,严重威胁高压直流系统的安全稳定运行。针对某±500 kV换流站发生的交流滤波断路器闪络事故进行了分析研究,结合录波数据和现场试验确定故障原因为恶劣的气象条件加上电源侧直流电压与交流侧电压的叠加引起断路器外绝缘闪络和相间闪络。为解决交流滤波断路器外绝缘降低的问题,开展了断路器外绝缘闪络特性试验研究以及提高外绝缘污闪电压措施试验研究,发现污闪电压会随着盐密、灰密的增加明显降低,而安装增爬裙或喷涂PRTV涂料能够明显提高污闪电压。根据试验结论提出了相应的防止断路器污闪的措施,取得了良好的应用效果。

光学电流互感器在电力系统应用中出现的问题及处理方法

由于光学电流互感器OCT(Optical Current Transducer)出现扰动而使交流滤波器差动保护跳闸事件,对OCT在电力系统现场运行中使用出现的问题进行了研究,结合换流站OCT数据采集原理分析了事故发生时的设备故障原因,从而得出3种解决方案,即修改接口板、信号传送板;提高定值,躲过导致故障的尖脉冲;以及通过修改软件,在软件中判断过滤掉尖脉冲。并根据实践找到各种方法的可行性,最终提出可靠的处理方案。

交流滤波器支路断路器高频燃弧故障检测研究

为了维持系统动态无功平衡,换流站交流断路器需要频繁的投切滤波器组,容易出现击穿燃弧事故,破坏断路器的绝缘能力甚至引发爆炸等恶性事故。由于断路器燃弧故障电流呈现高频振荡衰减特性,振荡持续时间短,无固定稳态周期,无明显零休区间,现有的燃弧故障检测方法难以适用。针对该问题,该文通过分析预击穿阶段和稳态燃弧阶段的电弧电流特性,提出一种基于一阶累加生成和平均偏移度的断路器高频燃弧故障检测方法。仿真分析不同故障条件下算法的正确性和适用性,现场录波数据证实算法的有效性。

交流滤波场断路器用均压电容器故障分析

交流滤波场对直交流转化过程中产生的谐波进行了抑制,是超高压直流工程中的重要部分。某±500 kV换流站发现多起交流滤波场的断路器均压电容故障,对功率输送产生了较大的影响。通过原因查找及试验测试,认为交流滤波场断路器的工况严苛,供货批次中出现的概率性劣品在内部压力骤然增大时发生击穿、炸裂,导致硅胶绝缘套穿孔、喷油。并对此故障提出了改进措施,以保障交流滤波场的正常运行,保证超高压直流输电的整体质量达标。

特高压换流站交流滤波器断路器恢复电压特性研究

笔者使用PSCAD暂态仿真软件,首次针对某特高压直流输电工程中直流电压等级为±800 k V、交流电压等级为750 k V的特高压直流换流站进行了完整建模仿真,对交流滤波器断路器上的恢复电压进行了仿真研究。通过不同工况、不同故障时刻、不同开断时刻条件下的对比,得到了各种情况下最严重的恢复电压特性,并与现有断路器标准进行了比较。仿真结果表明,在交流侧发生三相短路接地(3LG)故障或其他多相短路故障后,断路器断口间电压已经超出国家标准中对开断容性电流能力的规定,最严重的暂态恢复电压也已经超出断路器行业标准中四参数法的规定。此外,在某些情况下开断初期还会产生较大的初始瞬态恢复电压上升率,因此应当采取一定手段加以抑制。

高压直流输电系统中交流滤波器小组开关失灵保护研究

分析了交流滤波器小组开关失灵保护的特点。在某些特殊的故障方式下,流过交流滤波器小组开关的故障电流和正常运行时的负荷电流相差不大。如果仅采用相电流判据,将无法避免失灵保护误动或者拒动。针对单纯采用相电流判据的不足之处,本文提出增加零序电流、负序电流及电流变化量判据,以有效地避免保护误动或者拒动。

直流系统分层接入方式下滤波器断路器的分断特性分析

特高压直流分层接入高低端换流器后,会对换流站及所接入交流系统的过电压、谐振特性等产生影响,交流滤波器断路器的分断性能对系统的可靠运行影响显著。针对±800k V直流系统分层接入方式下交流滤波器的断路器分断特性开展研究,建立了系统电磁过程电路分析模型,分析了不同工况条件和故障类型条件下断路器的特性。结果表明,双极运行工况下直流线路出现接地故障需要切除全部交流滤波器时,断路器断口恢复电压峰值最大;交流系统出现接地故障切除全部交流滤波器时,开断电流峰值最大;随着滤波器无功容量的增大,断路器开断电流增加。切除相同容量大组滤波器时,小方式下断路器开断电流比大方式下开断电流更大;在同一系统运行方式下切大组滤波器和切小组滤波器的断路器最大断口恢复电压差异较小,断口恢复电压仅与系统运行方式和交流母线电压有关,而与滤波器容量关系不大。该文工作将为特高压直流系统设计和运行提供参考。

一起交流滤波器用断路器击穿事故分析

在高压直流输电系统中,由于交流滤波器用断路器投切频繁,工作环境恶劣,高压断路器开断电路后容易发生绝缘击穿故障。基于一起交流滤波器燃弧故障实例,简述了事故过程,分析了断路器处于正常工作阶段、击穿故障阶段、持续性燃弧熄弧阶段和完全击穿阶段等不同阶段时相应的滤波器支路电压电流特性,计算了断路器正常工作时电流谐波含量和总谐波畸变率。最后,通过分析各个阶段的电弧电压和电流动态变化录波波形以及现场断路器解体检查情况,总结了燃弧故障发生的原因,并提出相关建议,为交流滤波器用断路器的生产和运维检修提供了依据。

金属微粒对交流滤波器断路器灭弧室电场的影响

换流站交流滤波器断路器因切断频繁等因素发生了多起爆炸事故,威胁了电网运行安全。分析表明交流滤波器断路器合闸涌流对弧触头烧蚀产生的金属微粒,可能会引起灭弧室电场畸变进而降低设备绝缘强度,为此文中开展了金属微粒对交流滤波器断路器灭弧室电场分布的仿真研究。首先基于电磁场数值分析理论,采用Solidworks和Ansys软件建立了550 kV ACF断路器和不同形状金属微粒的三维数值仿真模型,并仿真分析了无金属微粒情况下ACF断路器开断过程中的电场分布;然后,研究了金属微粒形状和半径对灭弧室电场分布的影响,研究表明,金属微粒的存在增加了灭弧室最大场强,且不同形状金属微粒对灭弧室电场计算结果影响程度不同,对于半球体微粒,最大场强随微粒半径增加而减小,且当其附着于静弧触头表面时对灭弧室绝缘性能影响最大;最后,基于灭弧室无金属微粒时电场优化结果,分析了静弧触头表面有金属微粒时,燃弧时间对交流滤波器断路器灭弧室电场的影响,并提出了优化措施,即将燃弧时间提至5 ms时,灭弧室最大场强将小于SF6气体工程击穿场强。

4种典型交流滤波器断路器灭弧室电场分析

内部绝缘不足是引起换流站交流滤波器(alternating current filter,ACF)断路器发生爆炸事故的原因之一,为此开展了典型ACF断路器灭弧室内部电场分布的仿真研究。首先,基于电场数值分析理论,采用Solidworks和ANSYS软件建立了4种典型550 kV ACF断路器三维数值仿真模型;然后,仿真分析了弧触头网格剖分尺寸对灭弧室电场计算结果的影响,基于仿真数据对比分析了4种结构的ACF断路器在熄弧后开断过程中灭弧室的电场分布和不均匀系数,评估了断路器灭弧室内部相对绝缘强度;最后,分析了燃弧时间和平均开断速度对典型ACF断路器灭弧室电场的影响,初步提出了优化措施。仿真分析结果表明:弧触头的剖分尺寸可取0.2~0.5 mm;4种典型结构ACF断路器灭弧室内电场分布属于稍不均匀场,在正常开断情况下都能满足绝缘裕度要求;增加燃弧时间和平均开断速度,能够减小典型ACF断路器灭弧室各部件最大场强,提高绝缘裕度。

高海拔500kV交流滤波断路器外绝缘特性

地处高海拔地区的500kV贵广I回直流输电系统高坡换流站中多次出现交流滤波断路器外绝缘闪络事故。分析了断路器外绝缘闪络的机理，通过人工污秽试验确定了闪络电压变化情况，确认故障是高海拔地区恶劣天气条件下污秽断路器灭弧室外绝缘降低所致，基于试验结果提出了防止断路器污秽闪络的措施。

四断口小组滤波器断路器均压措施研究

文中以瓷柱式四断口滤波器断路器电压分布特性展开研究,建立了四断口断路器动态模型和暂态恢复电压仿真电路模型。基于Ansys仿真软件,计算了断口等效电容参数和杂散电容,通过四断口断路器等值电路分析了不同均压措施(电容、电阻、阻容串联、阻容并联)下各断口分压情况。根据静态分压计算结果选择合适的均压电容值和均压电阻值。在动态均压下,由于弧后电阻影响各断口等效参数,通过仿真得出阻容并联对多断口断路器电压分布特性的总体影响规律,提炼出并联阻容优化配置方案。在48kV四断口断路器下进行不同均压措施下的断口电压分布试验,验证了阻容并联均压措施对动态均压的有效性。

基于录波数据的断路器关合时间整定计算方法研究

提出了一种基于录波数据对滤波器的断路器关合整定时间进行修正的方法。该方法从录波数据中提取断路器的关合时间、距离关合时间最近的电压过0时间等反映断路器工作状态的基本数据。通过对一段时间内录波数据的统计分析,找出断路器的关合时间偏差的系统误差和随机误差,并以此为基础对断路器的关合整定时间进行修正。应用效果表明:该方法简单、实用,不需要增加额外试验和费用,能够明显降低滤波器的合闸涌流,非常适合于换流站工作人员及时掌握断路器的运行状况,能够提高运维工作的效率。

500kV交流滤波器用断路器绝缘故障分析及其绝缘特性研究

为深入研究交流滤波器用断路器绝缘特性,文中对南网多起典型交流滤波器用断路器绝缘故障进行深入分析,总结交流滤波器用断路器运行工况及国内外的研究现状。分析总结发现:交流滤波器断路器运行工况较常规交流断路器更严苛,国内外断路器厂家对交流滤波器用断路器的绝缘特性研究不足,也缺乏交流滤波器用断路器的针对性试验以及选型标准,在上述分析总结的基础上,指出交流滤波器用断路器绝缘特性及技术标准的研究方向,提出了研究过程中应着重解决的技术难点。

HVDC换流站投切交流滤波器用断路器特殊性能要求

高压直流换流站内交流滤波器组容量大,投切频繁,因此对投切它的断路器的要求有别于常规交流断路器。文中以国内多个已建高压直流工程成套设计为基础,总结换流站投切交流滤波器的各种工况,并利用EMTDC建立模型进行仿真计算,对交流滤波器用断路器的恢复电压、合闸涌流以及开断容性电流等特殊要求进行研究,认为对于高压直流换流站投切交流滤波器用断路器,应增加型式试验和容性电流开断试验,小组断路器应配置选相合闸装置或加装合闸电阻。

550kV双断口交流滤波器断路器暂态恢复电压仿真

直流换流站安装有不同滤波次数的交流滤波器(AC filter,ACF),ACF断路器频繁操作以满足换流站无功补偿的需要,在开断大容性电流后断口承受交直流混合电压的共同作用,断口直流分压按电阻分布,而断口等效电阻受外界环境的影响,因此断口承受的电压可能会超过其绝缘能力。以国内典型的550 kV瓷柱式双断口小组滤波器断路器为例,利用PSCAD建立暂态恢复电压(TRV)仿真电路模型,对影响断口TRV分布的环境因素进行了仿真,仿真结果显示外界环境因素(如湿度、污秽、干湿不均等)对断口TRV影响较大,在特定环境条件下当断口绝缘电阻下降较大且两断口电阻值差异较大时,断口最大TRV值会接近或超过规范要求值,从而可能造成断口电弧重燃或闪络故障。