40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法.pdf
《40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 :年 月 第 卷第 期 真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法辛妍丽,周文婷,余泽远,徐亮,王鹏宇,岑健,(广东技术师范大学自动化学院,广东 广州 ;广州市智慧建筑设备信息集成与控制重点实验室,广东 广州 ;中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,广东 广州 ;南方电网能源发展研究院有限责任公司,广东 广州 ;国网甘肃省电力公司平凉供电公司,甘肃 平凉 )摘要:真空断路器分闸并联电抗器时,极易出现截流和电弧复燃,由此产生的重燃过电压会危害系统设备绝缘,危及电网安全稳定运行。为分析重燃过电压的特性及危害,文中考虑分闸过程中真空断路器触头之间的燃弧特性,利用电磁暂态仿真软件 构建了准
2、确的真空断路器的三相分闸重燃模型及开断并联电抗器的 变电站系统仿真模型,分析了真空断路器分闸初相角和介质绝缘恢复速度对重燃过电压的影响。文中提出了避雷器和阻容吸收器、以及避雷器和铁氧体磁环两种过电压协同防护方案,与避雷器、阻容吸收器和铁氧体磁环单独使用时对重燃过电压的抑制效果进行了对比,并分析了不同安装位置下的抑制效果,验证了文中所提出的避雷器和阻容吸收器以及避雷器和铁氧体磁环两种协同防护重燃过电压方案的有效性。文中的研究成果为并联电抗器的投切和抑制方面的实际应用提供了理论支撑。关键词:并联电抗器;相对地重燃过电压;相间重燃过电压;抑制方法;真空断路器;铁氧体磁环中图分类号:文献标志码:文章编
3、号:()收稿日期:;修回日期:基金项目:广东省基础与应用基础研究基金资助项目()引言并联电抗器(,)是一种重要的无功补偿设备,被广泛应用于 变电站。真空断路器(,)具有结构简单、体积小、重量轻、维护方便等优点,被广泛用于中压系统来频繁投切设备 ,比如变电站投切并联电抗器、风电场投切风机。然而,真空断路器在频繁分闸并联电抗器的过程中,因截流和重燃现象,经常出现高幅值、高陡度和高频率的操作过电压,造成并联电抗器、站用变(,)等设备多次发生绝缘击穿事故 ,说明现有的防护方案并不奏效 。因此,进一步探究真空断路器分闸并联电抗器时产生的重燃过电压(,)的幅值、陡度和重燃次数等重要暂态特征,选取合适的过电
4、压抑制方法,有效降低相对地和相间过电压具有危害性的暂态特征,对真空断路器、变压器、并联电抗器等电力设备和整个变电站的安全稳定运行具有十分重要的意义。对于真空断路器分闸并联电抗器过程中产生的过电压及其抑制方法,目前国内外学者开展了一系列的研究,但大多针对 系统,对于 系统的研究相对较少。文献 基于试验结果探究了 真空断路器分闸并联电抗器时过电压的产生机理,指出 电压等级下的过电压与 不同,而且 等级下常用的保护措施在此工况下的抑制效果不佳。近几年,随着真空断路器在 系统中的应用越来越多,涌现了很多关于真空断路器分闸 并联电抗器过电压抑制方法的研究 。目前,和 系统对于分闸过电压的抑制,现场采取的
5、主要措施是在并联电抗器端口加装避雷器或阻容吸收器。文献 对比分析了多种过电压保护方案的抑制效果,指出在变电站 母线侧和并联电抗器侧安装三相组合式避雷器或阻容吸收器,能够有效地抑制变电站重要设备的相对地和相间过电压。文献 指出多次重燃和“虚拟截流”是过电压引起的电力设备绝缘击穿事故的主要原因,提出在母线侧和并联电抗器侧同时安装阻容吸收器,并适当增加真空断路器与并联电抗器之间的电缆长度来抑制相间过电压。但相关研究和实际运行经验表明,避雷器仅能有效抑制过电压幅值,对过电压陡度的抑制效果不佳。阻容吸收器虽具有出色的过电压幅值和陡度抑制效果,但存在体积大、安装不方便、造价高等不足。因此,有必要探索重燃过
6、电压抑制的新方法。文献 提出了利用磁环抑制特快速暂态过电压的方案,通过一系列的实验室模拟和现场试验研究,已经证实了铁氧体磁环对气体绝缘开关(,)中特快速暂态过电压的显著抑制作用 。铁氧体磁环具有结构简单、安装方便、体积小、造价低等优点,可以弥补避雷器和阻容吸收器的不足。文献 将其应用于中低压风机端变压器端口的高频暂态过电压抑制,并开展了实验室模拟试验,初步验证了该方法应用在中低压场景的可行性。文献 提出铁氧体磁环及其与避雷器联合使用的防护方案能够有效降低 真空断路器投切风机、风电场变电站并联电抗器等感性负载时过电压的幅值、陡度和振荡频率。然而,目前尚未看到将铁氧体磁环应用于变电站中低压站用变、
7、并联电抗器等设备过电压抑制的相关研究和报道。因此,文中利用仿真模型进行了铁氧体磁环及其与避雷器协同防护抑制变电站 侧重燃过电压的研究。由于各地变电站运行条件差异,不同系统的接线、电压等级和运行方式等都会影响真空断路器开断并联电抗器的暂态过程,使每一个类似场景下的开断过程都相不尽相同,很难确定最优防护方法。因此,须结合具体的电网拓扑结构和参数开展深入研究。针对上述问题,文中依托某 变电站一次接线图以及设备参数,利用电磁暂态仿真软件(,)搭建了真空断路器、并联电抗器、三芯电缆、站用变等主要设备高频暂态仿真模型和 变电站 侧系统的电磁暂态仿真模型,仿真分析了真空断路器分闸 并联电抗器过程中并联电抗器
8、侧和站用变高压侧的相对地和相间重燃过电压暂态特性及影响因素;然后,对比分析了避雷器、阻容吸收器、铁氧体磁环、避雷器 阻容吸收器以及避雷器 铁氧体磁环 种不同过电压防护方案的抑制效果;最后给出了抑制该变电站重燃过电压的最优防护方案。变电站主要设备参数和仿真模型 变电站系统概况文中以某 变电站分闸 并联电抗器为研究实例,图 为变电站 侧系统拓扑。主变为三绕组变压器,母线上有并联电抗器、站用变压器和避雷器,母线上无出线。图 中真空断路器额定电压为 ,用来投切并联电抗器。图 侧系统示意 真空断路器真空断路器熄弧重燃过程的准确描述对分闸操作中引起的重燃过电压的准确模拟至关重要。根据关于真空断路器重燃模型
9、的相关研究结果 ,文中主要考虑截流值(工频截流和高频截流)、介质绝缘恢复强度以及高频熄弧能力三个因素,在 中构建更加真实有效的真空断路器分闸高频电弧重燃模型,开关状态的逻辑控制器采用 语言编写 。真空断路器电路模型由杂散电阻 、杂散电感 和杂散电容 串联而成的支路并联 个理想开关组成,如图 所示,其中 、分别为理想开关两端的电压。经查证,并联电抗器普遍采用额定电压为 的真空断路器进行投切,其中 、分别取 、和 。图 中真空断路器电弧重燃模型 根据相关研究和厂家数据,真空断路器的工频截流值为 ,仿真中工频截断电流取 ,高频截断电流取 。真空断路器灭弧室介质绝缘恢复强度通常为 ,根据相关文献中 真
10、空断路器开断并联电抗器的实验数据,介质绝缘恢复强度统计值在 、分闸速度在 左右。文中仿真模型中,真空断路器的介质绝缘恢复强度取 ,即介质绝缘恢复速度为 。真空断路器熄灭高频电弧需要同时满足两个条件:实时电流低于工频或高频截流值,电流过零点附近电流变化率小于一定的临界值。临界值称为高频电流熄弧能力,一般为 ,文中取 。真空断路器模型的详细建模流程和实验验证可参考文献 。并联电抗器并联电抗器型号为 ,额定电压 ,额定电流 ,其单相无功额定容量为 ,根据相关文献可得其每相电抗为 ,即单相电感为 ,且入口等效电容为 。仿真中采用 等效电感并联 入口电容进行模拟,星形中性点不接地接线方式,如图 所示。图
11、 并联电抗器仿真模型 变压器 主变压器该 变电站主变采用型号为 的三相三绕组变压器,额定容量为 ,联结组别为 ,相关参数见表 。表 主变压器参数 额定电压 短路阻抗 高中低高低高中中低空载损耗 负载损耗 空载电流 站用变压器该 变电站站用变采用型号为 的三相双绕组变压器,额定容量为 ,其他参数如表 所示。表 站用变压器参数()()额定电压 高低空载损耗 负载损耗 短路阻抗 空载电流 三芯电缆 变电站中并联电抗器与真空断路器以及站用变与母线之间采用三芯电力电缆进行连接,型号为 ,长度分别为 和 。单位长度电容、电感和交流电阻分别为 、和 ,根据 槡 推出波阻抗约为 。过电压防护设备 避雷器避雷器
12、(,)作为应用最广泛的过电压保护装置,其本质上是一个非线性电阻,一般与被保护设备并联连接,能够有效降低过电压的幅值。相关研究显示,虽然避雷器的伏安特性曲线越低,残压越低,抑制效果越好,但太低的残压可能会增加避雷器误动作的概率,而且较难选型。因此文中仍选用具有常规伏安特性曲线的避雷器,即额定电压为 、最大持续电压为 、操作冲击电流下(,)残压为 。阻容吸收器阻 容 吸 收 器(,)每相由电阻和电容串联组成,一般就近并联在被保护设备端口,可以有效降低过电压的幅值、陡度、振荡频率和衰减时间。目前国内外针对阻容吸收器参数的选取还未形成统一标准,因此在不同场景下其参数值都是依靠经验确定。相关研究结果显示
13、,阻容吸收器的电容值越大,过电压抑制效果越好。由于工艺限制,难以同时满足小体积与大电容的要求,因此根据国内外相关资料,文中选取目前 系统阻容吸收器最为常用的参数,即 。铁氧体磁环铁氧体磁环(,)是由氧化铁及其他金属氧化物组合而成的化合物,具有良好的非线性特性和高频特性,表现出的抑制效果可简单等效成电路中串联接入电感和电阻的并联电路 。一般将铁氧体磁环就近串联在与被保护设备相连的导电杆上,可以有效降低过电压的幅值和陡度。在工频时阻抗接近于 ,正常情况下对设备几乎无影响。在高频时相当于 个高阻抗,以达到对高频过电压幅值和陡度的可靠抑制。在一些应用场合中,可在铁氧体磁环端口并联 个小电容(),以便达
14、到更为明显的过电压抑制效果。文中采用线性电阻和线性电感串联而成的电路模型来等效铁氧体磁环,其中电阻选取与并联电抗器相连的电缆的波阻抗 ,电感为 ,另外并联 个 的小电容,如图 所示。其他主要元件系统电压源采用额定电压为 的三相交流电压源模拟,并考虑变电站的接地电阻,等效电源中性点直接接地。辛妍丽 等:真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法图 铁氧体磁环等效仿真模型 重燃过电压特征及其影响因素分析 操作过电压标幺值 中性点不接地系统中,操作过电压基准值为 。根据电力行业标准 和 的规定,不接地系统中相对地操作过电压最大耐受值为 ,即 。相间过电压可设为相对地过电压的 倍,即 ,此值同时也是
15、相对地及相间雷电冲击耐受电压。因此,相对地和相间重燃过电压限值分别取 和 。无任何防护设备时的重燃过电压波形分析为了分析不同类型保护方案的效果,首先开展不加任何保护装置时真空断路器三相同时分闸情况下的仿真分析,设置分闸时间为 相电压峰谷点()。由于文中有限的空间,考虑到站用变和 侧母线仅有一段 的电缆,重燃过电压波形特征较为相似,因此仅给出了电抗器侧和站用变 侧的重燃过电压仿真波形,见图 。由图 可知,真空断路器分闸 并联电抗器时,在并联电抗器、站用变 侧和主变低压侧(即母线侧)端口出现高幅值、高陡度和高频率的重燃过电压。其相对地过电压(、和 )幅值最大值分别为 ()、()和 (),相间过电压
16、(、和 )幅值分别为 ()、()和 ()。由此可见,在没有任何防护的情况下,真空断路器分闸 并联电抗器时产生的相对地和相间过电压均超过了标准规定的范围,多次操作引起的累积效应很容易使其出现绝缘事故,尤其是相间绝缘事故,应采取有效的抑制措施。重燃过电压影响因素为了揭示重燃过电压受不同因素的影响机理,文中主要分析了投切初相角和介质绝缘恢复速度与重燃过电压的关系。重燃过电压与投切相角的关系投切过电压的特征与投切相角密切相关,投切图 无保护时的重燃过电压 相角越接近电压峰值点,断路器在开断瞬间触头间距越小,越容易重燃。考虑到三相同时分闸时过电压之间的相互耦合作用,分别分析了真空断路器三相单相分闸(以
17、相为例)和三相同时分闸时投切初相角与相对地重燃过电压峰值的关系。在 个周期内等间隔选择 个分闸时间点(即 ,步长 )进行分闸并联电抗器仿真,计算并联电抗器侧三相相对地重燃过电压峰值最大值,得到相对地重燃过电压幅值最大值与分闸相角的关系。图 给出了 相相对地重燃过电压最大值与分闸相角的关系,条曲线分别是 个周期内设置不同分闸初相角时的电抗器相对地过电压峰值。由图 可知,分闸并联电抗器时在并联电抗器侧出现了非常高的重燃过电压。由于相间耦合作用,真空断路器三相同时开断时过电压幅值最大值近似为单相开断时过电压幅值最大值的 倍。由图 ()可知,真空断路器单相分闸并联电抗器时相对地重燃过电压幅值与合闸初相
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法 kV 真空 断路器 并联 电抗 器重 过电压 抑制 方法
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。