特高压换流变压器匝间短路故障建模与仿真

近年来,特高压换流变压器内部短路故障导致的爆炸起火事故接连发生,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以±800 kV特高压换流站典型单相四柱式换流变压器为研究对象,基于ANSYS Maxwell和Simplorer平台开展绕组匝间短路故障建模仿真,研究不同故障条件下绕组漏磁、短路环流及电弧故障能量的变化规律。结果表明:伴随匝间短路发生,换流变压器内部大量横向漏磁破坏绕组正常纵向磁通分布,短路匝环中出现高幅值故障环流。1.98%匝间短路漏磁峰值达2.76 T,短路环流峰值达80.59 kA,四个周波内释放能量1.22 MJ。根据安匝平衡规律,短路匝数越多,环流幅值越小,而电弧电压随电弧长度单调增加,总体而言电弧能量与短路匝数呈正相关。此外,由于漏磁畸变引起的漏电感差异,靠近绕组中部的匝间短路故障更为严重。

变压器内部电弧故障快速检测方法研究与对比

变压器内部短路电弧故障是变压器最危险、最严重的故障,极有可能造成变压器油箱的形变和破裂,乃至变压器油的燃烧与爆炸,对人员生命安全、变电站财产安全、电网运行安全都造成了严重威胁。实现变压器内部短路电弧故障的快速检测有利于及时发出断路器分闸信号,从而缩短电弧燃弧时间,减小电弧能量,降低燃爆可能性。为寻找适用于电弧故障快速检测的信号及特征,首先搭建了基于电容电感串联谐振的油中工频大电流电弧实验平台,并实现了油中工频电弧的电压、电流、压力波、光、电磁脉冲、气泡形态等关键电弧特性的测量;发现压力波存在前期快速振荡-后期持续上升两阶段,光信号存在间隔约10 ms的脉冲,电弧电流过零点时必定会产生电磁脉冲,上述压力波、光和电磁脉冲3种信号及其特性有望应用于变压器内部短路电弧故障的快速检测;最后对比了这3种故障检测方法的优缺点,并指出这些方法在工程实际应用前急需进一步解决的问题。

10 kV配电网单相接地故障短路电流研究

大容量、电缆为主、架空线为辅的10 kV配电网发生单相接地故障时,接地电流较大,需采用中性点经消弧线圈接地系统或中性点经电阻接地系统。当发生单相接地故障时,接地处的接地电流较大,将发生较大的跨步电压,存在安全隐患。通过等效电路法、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律等推导了经中性点消弧线圈接地的10 kV配电网的接地故障短路电流表达式。为验证该方法的有效性,搭建了仿真模型。仿真结果表明,该方法计算出的接地电流的精度较高,可为分析跨步电压、消弧线圈的电感值作为参考。

牵引馈线短路故障的Matlab仿真与分析

牵引馈线短路类型包括瞬时性故障和永久性故障两类,区分瞬时性故障和永久性故障是实现牵引馈线自适应重合闸的关键。该文阐述了在Matlab软件平台上构建牵引供电系统模型的步骤与方法,并进行了实例计算。仿真结果表明,短路后的故障电压波形可以作为区分短路故障类型的判据。

固相气流切除雷击短路故障下电力系统暂态稳定性分析

随着我国电力负荷的不断增加,各种新能源、新技术的不断投运,电力系统的稳定性问题也愈发的复杂。系统在受到大扰动后,断路器难以在极限切除时间和极限切除角内切除故障。雷击引起短路故障是系统发生大扰动的原因之一,然而当线路安装固相气流灭弧防雷设备之后,可通过快速灭弧方式切断短路故障。为分析固相气流灭弧防雷间隙切除雷击短路故障对电力系统暂态稳定性的影响,利用固相气流灭弧防雷间隙改进后的Mayer电弧模型作为短路点的等效接地电阻,将该模型与传统发电机转子状态方程结合,求解了两者耦合后的微分方程,并详细介绍了该方程基于改进欧拉法在MATLAB仿真环境中的程序设计,求解出功角与相对角速度的摇摆曲线,并与传统的断路器切除方式对比,得出固相气流灭弧防雷间隙切除雷击短路故障可大幅度提高了电力系统暂态稳定性。

近区故障瞬态恢复电压计算与分析

瞬态恢复电压(TRV)是校核断路器开断能力的重要指标,近区故障因其TRV起始部分的上升速率高,电弧难以熄灭。针对Mayr电弧只适用于描述电流过零后高电阻电弧状态,而Cassie模型只适用于描述电流过零前低电阻电弧状态,采用Cassie和Mayr电弧模型串联的形式,对一个最高电压245kV,开断电流50 kA的断路器,利用ATP-EMTP计算了L_(75)和L_(90)近区试验故障的TRV。研究表明,同断路器端部故障比较。

一二次配合的配电网故障处理

针对短馈线继电保护配合和中性点非有效接地配电网单相接地故障处理问题,分别提出了一种一次设备与二次设备协同配合的解决方案。采取在故障率较高的分支断路器处配置限流电抗器的方法,实现分支线故障快速切除而不影响馈线其他部分正常供电。采用故障相接地实现及时可靠熄弧,并利用故障相接地前后和故障相接地断开前后系统零序电压和各处零序电流的变化规律,实现单相接地选线、定位和选段跳闸。论述了所提出解决方案的工作原理,详细分析了关键技术问题。基于所提出原理研制出的产品都经过测试验证了其可行性。

干式空心电抗器匝间电弧性短路故障特征提取及诊断方法研究

针对干式空心电抗器早期匝间短路故障,通过分析电抗器匝间电弧性短路过程中的状态参数变化规律,提出了基于时变参数模型的电抗器故障特征提取及诊断方法。首先建立了基于Mayr电弧模型的电抗器匝间短路故障的时变电路模型,并利用傅里叶变换分析了故障电抗器等效电感的频谱特性,发现其等效电感不再恒定而是存在周期性振荡。然后利用时变电路状态方程求解方法,分析在工频激励下故障电抗器输出电流的转移解、零状态响应及频谱特性,证明在匝间电弧的周期性短路过程中,故障电抗器输出电流中将激发出特定次数的谐波分量,分析电流谐波特性可对干式空心电抗器匝间短路故障进行诊断。通过对一起电抗器故障的电流互感器(CT)和电压互感器(PT)录波数据进行求解和分析,验证了本文提出的故障特征提取及诊断方法的可行性和有效性。

变电所中置柜短路故障分析及解决方案研究

本文以近年来电网系统常发生的中置柜短路事故为研究对象,分析故障的典型类型和产生原因,研究现有中压母线保护方案及其适用性,提出一种基于选择性的中压母线快速保护方案,满足国内生产现场改造的需要。

10 kV高压开关柜内部短路电弧冲击过程仿真及安全设计

目前10 kV开关柜由于内部短路电弧引起的爆炸事故仍时有发生,其内部短路电弧冲击过程的仿真计算方法复杂度和准确度难以兼顾,安全设计缺少理论和方法指导。该文基于温度场、流体场和位移场耦合的有限元计算方法,利用热源等效和分舱建模方式,对开关柜内部电弧冲击过程进行仿真计算,兼顾了准确性和灵活性。以电缆室为例,通过仿真计算得到内部短路电弧爆炸波能冲击下泄压板的动作时刻t=10.5 ms,以该时刻下柜体最大应力畸变点是否超过柜体材料的极限应力值作为柜体安全设计和校核依据。对该时刻下电缆室内壁应力分布进行仿真计算,结合提出的安全设计方法,得到优质钢板柜体壁厚2 mm的安全设计建议;针对内部短路电弧冲击过程中防护较为薄弱的后柜门,给出至少需要安装20个高强度M10螺栓的安全建议。通过相关测试结果,证明了该文设计方法的可靠性,可为10 kV开关柜的安全设计提供理论基础和方法指导。

配电网弧光接地故障建模仿真与实验研究综述

弧光接地故障是配电网中最常见的故障,不易被发现且危害巨大,产生机理复杂,特征具有随机性。针对上述问题,从配电网弧光接地故障产生的原因和危害、弧光接地故障数学模型、弧光接地故障抑制和保护策略、弧光接地故障识别和定位技术、以及弧光接地故障的物理模拟实验与仿真测试等方面进行了阐述,对国内外的研究现状进行了总结和分析。并对配电网弧光接地故障的研究方向进行了展望,提出了从故障模型研究和数字仿真软件的开发、抑制策略研究和装置的研发、故障识别定位和保护策略、物理模拟和数模混合仿真测试技术4个方面建立配电网弧光接地故障研究框架。

基于MAYR电弧模型的船舶直流配电系统熔断器仿真研究

大功率变频器和储能设备的接入,对船舶直流配电系统在各种工况下的安全运行提出了考验。由于针对船舶直流配电系统专门搭建实验环境模拟短路故障实验复杂且代价高昂,因此提出了一种基于MAYR电弧模型熔断器的仿真选型方案。在MATLAB/SIMULINK平台进行模拟短路故障仿真,能够较精确地复现短路故障熔断器状态。结合短路故障实际工况,搭建系统故障模型进行仿真。结果表明,基于MAYR模型的熔断器在短路故障发生时可以有效保护网络组件,能对熔断器和断路器的选型提供更可靠的参考依据。

光伏发电系统并网故障分析及纠正措施

太阳能取之不尽,用之不竭,清洁安全,对于缓解日趋严峻的能源与环境问题具有重大的战略意义。随着太阳能光伏发电行业的发展,大量逆变型分布式光伏电源接入电网,光伏发电系统并网潜藏的故障逐步暴露。本文分析了工程现场光伏发电系统并网电弧放电和短路故障,然后提出了行之有效的纠正措施,解决了光伏发电系统并网故障,从而最大限度地节约维修费用和减少系统停机损失。

无弧限流式混合断路器

本文介绍一种名为混合限流式断路器(H—CLID)的简化的直流/交流混合断路器。当主触头处于闭合位置时其两端的电压降与机械式断路器为同一数量级,然而限流能力和电流分断能力却几乎与强迫换流的无触点晶闸管断路器相同。和可实现接通和分断功能的混合断路器相比,H—CLID的设计却简化多了。在H—CLID中使用了可更换触头,这样H—CLID又相当于一个熔断器。 开发了两个H—CLID模型,一个为物理模型,其额定参数为4OOA/380VAC,一个为工业模型,其额定参数为1600A/500VDC,对这些模型进行了一系列实验,这些实验包括:在低压系统中进行预期电流达75kA(有效值)的交流电流分断;在低压配电屏上分断交流/直流于扰电弧;在低压系统中分断由发电机或换流器提供的直流电流,其为实际非限流的预期电流和分断高感性电路中的直流负荷电流(恒流电抗器)。 以上所有试验都证实了H—CLID可进行无弧分断,并且几乎完全消除了短路电流及干扰电弧的破坏作用。H—CLID最好的使用场合是低压AC/DC开关设备中的“寿命保护”,它可以用来对二极管、晶闸管变换器中的内部故障进行快速保护,这样就可以省去在变换器电路中保护半导体的熔断器了。

超/特高压分接开关切换试验保护用大容量快速真空开断装置研制

国网分接开关实验室开展超/特高压分接开关频繁带载切换试验时,难免出现极间短路故障情况,如不能快速开断试验回路清除故障,易导致分接开关在油中爆炸安全事故,因此有必要开展大容量快速真空开断关键技术研究及工程化样机研制。文中分析了分接开关切换试验时可能出现的极间短路快速开断工况,设计分析了快速开断装置的结构原理及快速分闸特性优化,解决了快速开断装置高机械寿命和快速分闸特性可分段调节的设计实现。依据上述研究成果,研制了40.5 kV大容量快速真空开断装置工程样机,开展了第三方的短路大电流开断和机械寿命性能验证试验。试验结果表明:快速开断装置的额定短路开断电流为40 kA(叠加80.2%直流分量),额定操作电压下的机械寿命3000次,短路故障快速清除时间≤20 ms,关键性能均满足设计要求,并在分接开关实验室成功投运。该研究攻克了大容量电弧发展与快速分闸特性匹配和大容量电弧能量调控与全相位分布的短路快速开断关键技术,提升了快速开断叠加高直流分量短路大电流能力,解决了频繁开合高电气寿命工程需求难点,实现短路故障快速清除。

分支回路电气火灾的预防性检测

通过对分支回路的线路过负荷、连接不良和谐波等电气火灾主要成因的分析,结合国内外电气防火规范,以及实际工程中使用的工艺、装置及检验仪表的具体情况,对分支回路的施工、验收、维修、维护提出建议,强调借助适当的预防性检测器具,提高用电安全性。

某公司110kV变电站1#主变压器故障分析

XX地区X公司110kV变电站1#主变压器发生故障,对造成内部严重损伤的原因及微机保护动作行为进行分析,指出生产运行中应加强人员的管理及监督,重视设备的检查,确保安全生产.

限流熔断器电弧能量的简化计算与分析

提出电弧电压在电弧燃炽过程中恒定这一简化假设,推导了直流和交流情况下电弧能量计算公式.基于该公式分析了电弧能量和电弧电压的关系,发现电弧能量随电弧电压增高而降低,当电弧电压均值约为额定电压的2.5～3.0倍时,可以使电弧能量降低到合适水平.进一步分析了电弧能量和预期短路电流、短路时间常数（直流）或短路相角（交流）的关系.分析表明：直流情况下电弧能量受时间常数影响最大,随时间常数单调增加;交流情况下电弧能量与短路电流和短路相角都有显著关系,最大电弧能量大约出现在中等短路电流和0°短路相角处.这为限流熔断器的过电压设计和最大电弧能量短路分断试验参数的选择提供参考.

低压配电线路电弧性短路故障仿真分析

阐述进行低压配电线路故障电弧研究的背景及意义,分析线路上故障电弧的产生条件、分类及特征,选取适用于低压配电系统的电弧数学模型,建立低压配电线路单相电弧性短路故障数学模型,通过仿真实验分析线路上发生电弧性短路故障时断路器过电流保护的局限性,说明电弧故障断路器应用的必要性,并提出电弧故障断路器的应用前景。