1100kV GIS中VFTC的暂态特性研究

GIS隔离开关操作所产生的特快速暂态过电流（VFTC）不仅对GIS设备绝缘具有极大的破坏性,还会对二次设备造成严重的电磁干扰。但现有的研究多集中于暂态过电压（VFTO）,而忽略了VFTC的研究。针对这一现状,开展了特高压等级VFTC暂态特性的研究。因隔离开关操作条件下SF6气体放电特性决定了VFTC的暂态特性,首先分析了SF6气体的放电特性,讨论了SF6气体不同放电阶段的阻抗变化规律,在此基础上采用分段原则建立了新型SF6气体高频放电模型。利用该新型SF6气体放电模型对某特高压GIS变电站的隔离开关操作所产生的VFTC波形进行了仿真计算。为研究VFTC的暂态特性,定义了VFTC的衰减时间常数,讨论了隔离开关加装阻尼电阻对VFTC暂态特性的影响。研究结果表明：特高压等级的VFTC有幅值高（可达几千安培）、频率高、主频分布宽（0~25 MHz）、衰减长（100 μs左右）等特点。加装阻尼电阻可大大提高VFTC的衰减速度,有利于VFTC的抑制,但阻尼电阻对主频分布影响较小。

特高压等级VFTC测量用电子式电流互感器研究

GIS隔离开关操作产生的快速暂态过电流(VFTC)以辐射耦合的方式对二次设备形成电磁骚扰,严重时引发多种类型故障,且极易造成GIS设备绝缘的损害。但目前仅有较低电压等级GIS内VFTC的测量研究,尚未有特高压等级的现场测量研究报道。因此,文中开展了特高压等级VFTC测量用电子式电流互感器的设计研究。首先分析了VFTC暂态特性(幅值、频带、响应速度),并基于Rogowski线圈的原理设计一种特高压等级VFTC测量用电子式电流互感器。而后,在比较各种Rogowski线圈型电子式互感器的基础上,最终确定为外积分式PCB版型Rogowski线圈。该电流互感器的设计包括结构参数和电乞参数,结构参数涉及到PCB板的制造工艺,根据工艺要求确定其线圈内外半径、匝数、PCB板厚度及其铜箔尺寸,其中铜箔尺寸是关键的设计参数。电气参数为线圈自感、内阻、分布电容、采样电阻等。而采样电阻是关键的电气设计参数,根据测量频率要求与线圈自身电阻确定采样电阻阻值。文中总结了PCB型Rogowski线圈设计步骤和相应参数的计算过程。为验证设计的正确性,对PCB型Rogowski线圈进行了频谱特性校验,校验结果表明,采用外积分式PCB型Rogowski线圈满足特高压等级VFTC的测量要求。为后续VFTC的现场测量提供了有力的理论支撑。

252kV GIS特快速瞬态试验回路研究

为了研究VFTO的特性及开关速度影响,建立高频电弧模型,建立全过程仿真模型,并研究MOA对VFTO抑制作用,文中设计建立了一个综合性的252 kV GIS设备VFTO试验回路。首先研究设计了试验回路的接线形式、设备选型,并结合仿真计算确定了母线长度、耦合电容值,预估了VFTO、VFTC的频率范围;然后研制了VFTO、VFTC、实时开距等测量系统,并研制了屏蔽、同步触发装置;最后对试验回路进行了调试,试验回路能产生典型的VFTO、VFTC波形,能精确测量VFTO、VFTC、开关实时开距。隔离开关速度可以在0.02～0.1 m/s和0.7～3.5 m/s范围内调节。

GIS变电站开关操作过程中架空线产生的暂态电磁场计算

随着电力系统的快速发展,气体绝缘变电站(GIS)广泛应用于高压电力系统中。GIS变电站中的开关操作会产生强烈的瞬态空间电磁场,进而威胁到变电站中电子设备的电磁兼容性(EMC)。文中计算了GIS变电站中架空线路在开关过程中产生的空间电磁场。利用数值拟合法得到了开关操作过程中的快速暂态过电流,采用时域有限差分法(FDTD)计算了架空线路产生的暂态空间电磁场,未对接地管壳和绝缘套管等电力设备建模;分析了空间暂态电磁场随距离、时间、频率变化的情况,计算结果可为GIS变电站的电磁兼容设计提供参考。

脉冲电流放电装置暂态过电流的测量及其特性研究

为深入研究电容储能式脉冲电流放电装置的放电开关产生的特快速暂态过电流(Very Fast Transient Current,VFTC),搭建了一套电容储能式脉冲电流放电装置,并采用Rogowski线圈及光纤传输搭建了一套VFTC测量系统。利用该测量系统对放电开关闭合产生的VFTC进行测量并统计其波形特性,结果显示测量系统满足试验测试需求。试验结果表明,对于电容储能式脉冲电流放电装置,随着电容充电电压的上升,VFTC波形的最大峰值和波形最大陡度也随之上升,但是上升的幅度则呈减小态势;当放电开关合闸速度达到3.5 m/s时,VFTC的最大峰值及最大陡度出现明显下降;VFTC波形的持续时间和波形的上升时间基本不受电容充电电压和放电开关合闸速度的影响,VFTC波形平均持续时间约为0.7μs,波形的上升时间约6 ns;暂态行波的折反射是形成VFTC的主要原因。

气体绝缘开关设备中的特快速暂态电流测量

气体绝缘开关设备中的隔离开关操作,将在设备内产生特快速暂态电流,可能造成变电站内二次设备的失效或故障。现有的关于特快速暂态电流的研究主要集中于仿真计算和实验室模拟试验两方面,尚无关于特快速暂态电流现场测量的报道。针对上述研究现状,文中旨在开发适用于实际工况的特快速暂态电流测量系统,并通过现场试验验证测量系统的准确性。首先,开发了基于罗氏线圈的电流测量系统,并着重解决了系统的现场安装和电磁屏蔽问题;而后,通过实验室的模拟试验回路,对整个测量系统的性能进行了标定。将标定过的系统应用于252 kV单相式气体绝缘开关设备的现场试验,测量了隔离开关操作过程产生的特快速暂态电流,获取了其暂态波形、幅值和频率等主要信息,其最大幅值为1.75 kA,主要频率为400 k Hz和6-8 MHz,验证了测量系统的有效性。研究中测得的数据为相关的仿真计算提供了支持,并有助于进一步研究暂态电流产生的电磁骚扰对变电站内二次系统的影响。

252kV GIS中特快速瞬态过电压和特快速瞬态电流特性试验研究

为深入研究特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)和特快速瞬态电流(very fast transient current,VFTC)的波形特性,以及隔离开关运动速度对二者幅值的影响,采用一套可调节开关运动速度的252 k V气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)试验回路,对隔离开关分合闸操作中产生的特快速瞬态波形进行了试验研究。获得了VFTO、VFTC的单次击穿波形特征、单次击穿统计特性、波形的频率成分、全过程波形特征、全过程统计特性和残余电压统计特性。分析了开关运动速度对VFTO、VFTC幅值的影响,结果表明,随着开关速度的提高,击穿次数会降低,从而降低出现大幅值VFTO、VFTC的几率。