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基于动态电弧模型下的GIS中VFTO研究

基于动态电弧模型下的GIS中VFTO研究

作者：胡瑞安徽理工大学

学位级别：硕士

目前,国际和国内电网电压的等级都在不断的提高。随着电网电压等级的不断提高,对电网各方面的要求也在不断提高。在高压输电系统中,高压开关电气设备具有重要作用。SF气体绝缘变电站(Gas Insulation Substation简称GIS)是目前应用最为... 详细信息

目前,国际和国内电网电压的等级都在不断的提高。随着电网电压等级的不断提高,对电网各方面的要求也在不断提高。在高压输电系统中,高压开关电气设备具有重要作用。SF气体绝缘变电站(Gas Insulation Substation简称GIS)是目前应用最为广泛的电气设备。在GIS中会出现一种频率很高,波头很陡的操作过电压即特快速暂态过电压(very-fast-transient over voltage简称VFTO)。VFTO可能会对GIS及其相邻设备构成威胁,甚至造成重大事故。所以对GIS中的VFTO进行研究就显得十分重要。在VFTO的计算与仿真中隔离开关电弧模型起着关键性作用。而目前在VFTO的计算中广泛采用的电弧模型有定值电阻模型、时变电阻模型等,这些电弧模型都有一定的局限性,不能精确模拟电弧特性。所以,当下对于电弧模型的研究就显得十分重要。本文基于某1000kV特高压变电站进行仿真研究。该特高压变电站高压配电装置采用GIS,出线端布置并联电抗器和线路终端设备。利用图形预处理程序ATPDraw将实际电路的仿真模型搭建出来,再通过ATP中的MODELS模块构建电弧模型。本文设计的电弧单次击穿模型分为三个阶段来考虑。第一阶段,即预击穿阶段,此阶段的电弧特性用时变电阻模型进行模拟。实验证明电弧在大电流阶段使用Cassie电弧模型可以准确的模拟。因此,在第二阶段,即稳态燃烧阶段,使用Cassie电弧模型来模拟此时的电弧特性。在第三阶段,即熄弧阶段,此时的电弧特性使用Mayr电弧模型来模拟。将本文设计的电弧单次击穿模型与目前工程实践上经常使用的电弧模型进行仿真对比,验证其适用性。考虑到实际情况,电弧不可能只存在一次击穿,所以结合电弧击穿判据设计了电弧重燃模型,真实模拟电弧,进行仿真研究。在本文设计的电弧单次击穿模型的基础上通过仿真来研究GIS支路长度和隔离开关处电感这两个因素对特快速暂态过电压的影响。在电弧重燃模型下通过仿真来研究隔离开关触头速度对特快速暂态过电压的影响。最后通过仿真来研究铁氧体磁环与在变压器附近串联电阻这两个因素对特快速暂态过电压的抑制作用。

关键词： SF6气体绝缘变电站特快速暂态过电压动态电弧模型

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直流电压下绝缘子污闪的动态电弧模型

电瓷避雷器译丛 1995年第1期 35-45页

作者： Sunda.,R 段卫东

本文介绍了一种用于计算直流电压下绝缘子污闪电压的动态模型。该模型的突出特点在于充分考虑到了各类绝缘子的外形结构这个对直流绝缘子污闪过程具有重要影响的因素。为论证此模型，我们对实际应用中的许多具有不同几何外形的绝缘子进... 详细信息

本文介绍了一种用于计算直流电压下绝缘子污闪电压的动态模型。该模型的突出特点在于充分考虑到了各类绝缘子的外形结构这个对直流绝缘子污闪过程具有重要影响的因素。为论证此模型，我们对实际应用中的许多具有不同几何外形的绝缘子进行了研究。通过将我们有的计算结果与前人的试验结果相比较，证明本模型是真实而合理的，并呈现出良好的一致性。

关键词：直流电压绝缘子污闪动态电弧模型

直流故障电弧多维特性建模及其与系统的相互作用研究

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直流故障电弧多维特性建模及其与系统的相互作用研究

作者：张宇森西安理工大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标工作深入推进,构建以新能源为主体的新型电力系统,是推进能源低碳转型、实现“双碳”目标的重要举措。但随着更多分布式能源系统的并网,尤其是新能源系统发电的日益增多,配用电系统会呈现出非线性、随机性等特征。因此... 详细信息

随着“双碳”目标工作深入推进,构建以新能源为主体的新型电力系统,是推进能源低碳转型、实现“双碳”目标的重要举措。但随着更多分布式能源系统的并网,尤其是新能源系统发电的日益增多,配用电系统会呈现出非线性、随机性等特征。因此,为保证配用电系统的安全性以及可靠性,避免发生电弧电气火灾造成不可逆的损害,对掌握显著的电弧演化特性提出了更大的挑战,亟需更为全面、深入的研究多维电弧特性建模及其与系统的相互作用过程。针对现有电弧模型无法同时考虑电弧动态演化过程与非线性系统干扰影响机制的问题,本文首先开展了光伏系统直流故障电弧多维时频特性的实验研究,获得了不同电流以及弧长因素影响条件下的电弧特性演化规律。其次对现有粉红噪声模型建立时频特性模拟性能评估的目标函数,采用大规模迁移的大雁优化算法建立系统电流等级、弧长间隙与电弧频谱噪声之间的关联关系,改进的动态粉红噪声模型相比于静态模型提升约85%。然后对现有Paukert模型建立时域特性相较于实验结果的模拟性能误差评估指标,针对部分弧长下Paukert模型模拟不精准的问题,通过参数拟合所获得改进的Paukert模型,相比于静态模型提升约3.88%。针对系统影响因素变化时电弧物理参数及时频特征演化机制与关联规律不清晰的问题,本文构建磁流体动力学模型(Magneto-Hydro Dynamics,MHD)以获取不同电流等级、电弧间隙影响下的电弧物理参数,通过互信息熵分别揭示了电弧物理参数与电弧时域特征频域特征之间的关系,结果表明电弧焓值与时域、频域特征的互信息熵均为最高。然后,为了更进一步同步表征电弧物理参数与时频特征的相关性,本文构建了贝叶斯网络来研究多电流等级、弧长间隙条件下的故障电弧物理参数与时频特征之间的关联关系,以从物理和电气角度更全面地表达电弧特征。通过将MHD模型纳入故障电弧特征仿真系统,可以考虑系统因素通过影响电弧物理参数进而改变电弧时频特征的物理过程。针对系统因素弱化电弧频谱特征甚至引发检测失效机理不清的问题,首先开展了不同拓扑结构、系统噪声影响条件下的故障电弧模拟实验,获得了不同系统因素对电弧频谱特征的弱化规律。其次改变直流故障电弧系统化仿真模型中的逆变器拓扑结构以及最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制方式,通过分析仿真电流的频谱特征,发现逆变器结构、MPPT控制方式、环境因素和系统噪声会引发电弧频谱特征差异,进而影响直流故障电弧检测的可靠性。最后,在多支路并联直流系统中开展电弧特性传播规律研究,发现汇流线上发生的故障电弧会产生噪声,传导至直流支路以及逆变器交流侧,会对正常运行时的电量时频特征造成干扰。因此,通过模拟多系统因素干扰条件下的故障电弧时频特征,可提出更通用的故障电弧特征和检测算法,为提高故障电弧检测技术的可靠性奠定了基础。

关键词：故障电弧模型动态电弧模型时频变换方法磁流体动力学模型系统因素干扰

GIS中隔离开关电弧模型对快速暂态过电压的影响

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电工电能新技术 2013年第1期32卷 85-88页

作者：王娜林莘徐建源王飞鸣沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870 沈阳化工大学信息工程学院辽宁沈阳110142

在快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)的仿真计算中,对隔离开关高频电弧的准确建模,是影响VFTO计算精度的关键因素。在分段电弧模型基础上,提出一种动态电弧模型。该模型在预击穿阶段考虑击穿延时对VFTO的影响,采用... 详细信息

在快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)的仿真计算中,对隔离开关高频电弧的准确建模,是影响VFTO计算精度的关键因素。在分段电弧模型基础上,提出一种动态电弧模型。该模型在预击穿阶段考虑击穿延时对VFTO的影响,采用双曲线形式时变电阻;在熄弧阶段建立完整Mayr-Schwarz模型描述电弧的动态物理过程。并结合某1100kV GIS电站,详细计算动态电弧模型下的VFTO特性。结果表明,该模型对提高VFTO仿真计算结果准确性有着重要意义。

关键词：隔离开关动态电弧模型气体绝缘变电站快速暂态过电压

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换流站交流滤波支路断路器燃弧故障建模分析

中国电机工程学报 2018年第5期38卷 1496-1503页

作者：王宾魏向向张国辉温渤婴冯迎春董新洲电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 中国农业大学信息与电气工程学院北京市海淀区100083 国网山东省电力公司电力科学研究院山东省济南市250000 国网山东省电力公司检修公司山东省济南市250118

换流站动态无功平衡需要频繁动作断路器投切滤波支路电容器组,投切容性负荷易诱发暂态过电压,近年来已发生多起断路器击穿爆炸恶性事故。现有模型无法准确模拟断路器投切容性负荷导致的击穿燃弧过程,针对该问题,分析现场实录故障数据,... 详细信息

换流站动态无功平衡需要频繁动作断路器投切滤波支路电容器组,投切容性负荷易诱发暂态过电压,近年来已发生多起断路器击穿爆炸恶性事故。现有模型无法准确模拟断路器投切容性负荷导致的击穿燃弧过程,针对该问题,分析现场实录故障数据,发现动态燃弧电阻是准确模拟的关键因素;针对传统时变电阻模型和Mayr电弧模型以工频熄弧原理为基础的局限性,将预燃弧阶段分为起弧阶段和不完全燃弧阶段,将全熄弧阶段分为准熄弧阶段和熄弧阶段,提出基于高频熄弧过程的二次动态燃弧模型。数值仿真与换流站实测波形对比,验证所提模型的正确性;并基于此模型,对断路器击穿燃弧电压、电流和电阻的动态特性进行分析,为后续换流站交流断路器燃弧故障的识别和预警提供基础。

关键词：换流站交流滤波器燃弧故障高频熄弧动态电弧模型

特高压GIS变电站中快速暂态过电压仿真及其特性分析

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高电压技术 2012年第12期38卷 3310-3315页

作者：王娜林莘徐建源王飞鸣王静沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870 沈阳化工大学信息工程学院沈阳110142

在计算快速暂态过电压(VFTO)时,建立准确的全封闭气体绝缘变电站(GIS)暂态电路模型是影响VF-TO的关键。为此,将GIS内部暂态模型和GIS外壳传输特性模型相结合,建立了VFTO整体仿真模型。在GIS内部元件建模时,根据电弧的动态物理过程,建立... 详细信息

在计算快速暂态过电压(VFTO)时,建立准确的全封闭气体绝缘变电站(GIS)暂态电路模型是影响VF-TO的关键。为此,将GIS内部暂态模型和GIS外壳传输特性模型相结合,建立了VFTO整体仿真模型。在GIS内部元件建模时,根据电弧的动态物理过程,建立隔离开关分段式动态电弧模型;结合交变电场下电介质极化原理,建立金属氧化物避雷器(MOA)暂态电路模型;并从GIS本体结构出发,通过三维电场分析,获得较准确的GIS元件暂态模型及参数;结合传输线理论和相模变换,获得GIS外壳暂态模型,并建立了考虑接地体间互感作用的暂态地网模型。最后结合国内某1 100kV气体绝缘变电站,进行VFTO详细仿真。仿真结果表明,分段式动态电弧模型下VFTO幅值标幺值高达1.270(基准值取898kV),较指数时变电弧模型下的VFTO幅值标幺值增加了17.59%,当考虑了MOA的非线性特性时,VFTO的振荡幅值有不断减小的趋势,在仿真时间将近20μs时,VFTO标幺值振荡幅度至0.8。最后将仿真结果与实测波形进行对比分析,VFTO幅值标幺值相差0.2～0.4,证明了所建立的VFTO仿真整体模型的实用性。

关键词：隔离开关特高压(UHV) 动态电弧模型 GIS变电站快速暂态过电压(VFTO) 金属氧化锌避雷器(MOA) 暂态模型

合闸电阻对1000kV GIS高压隔离开关VFTO的抑制研究

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高压电器 2021年第5期57卷 1-6,13页

作者：刘子英张靖吴文辉华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

为了得到合闸电阻在GIS高压隔离开关VFTO抑制中更加合理的值,采用双曲线电阻模型、2~5Ω的定值电阻模型、Mayr电弧模型组合成一个动态电弧模型来描述高压隔离开关电弧燃弧模型的预击穿阶段、稳态燃烧阶段和熄弧阶段,并通过改变合闸电阻... 详细信息

为了得到合闸电阻在GIS高压隔离开关VFTO抑制中更加合理的值,采用双曲线电阻模型、2~5Ω的定值电阻模型、Mayr电弧模型组合成一个动态电弧模型来描述高压隔离开关电弧燃弧模型的预击穿阶段、稳态燃烧阶段和熄弧阶段,并通过改变合闸电阻在动态电弧模型各个阶段的电阻值来求得电弧各个阶段的最佳VFTO抑制值,再通过取各个阶段的最佳电阻值的平均值作为合闸电阻的最优电阻值。并结合了某1 000 kV特高压变电站分析了其内部关键设备处VFTO的极值,通过仿真分析得出了GIS隔离开关VFTO的最佳电阻值的平均值为700Ω,最后将求得的最佳电阻值代入动态电弧电路模型中进行分析,得出并联合闸电阻对VFTO的抑制效果是比较明显的。通过提取电弧各个阶段下最佳合闸电阻值来确定抑制VFTO的最佳电阻值更具有准确性和合理性。

关键词：合闸电阻高压隔离开关动态电弧模型 VFTO

500kV GIS变电站快速暂态过电压研究

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电瓷避雷器 2017年第2期 53-58页

作者：刘玉鲁海亮刘文博陈小月蓝磊文习山武汉大学电气工程学院武汉430072

GIS变电站中开关操作引起的快速暂态过电压易对高压设备特别是变压器产生威胁,针对此问题,采用EMTP/ATP对500 kV变电站进行建模计算,为提高计算精度,隔离开关燃弧采用动态电弧模型,为分析VFTO对变压器匝间绝缘的影响,变压器绕组采用等... 详细信息

GIS变电站中开关操作引起的快速暂态过电压易对高压设备特别是变压器产生威胁,针对此问题,采用EMTP/ATP对500 kV变电站进行建模计算,为提高计算精度,隔离开关燃弧采用动态电弧模型,为分析VFTO对变压器匝间绝缘的影响,变压器绕组采用等效电路模型。计算比较了变压器侧开关操作和母线带电时母线侧隔离开关操作产生的VFTO幅值、波形和频谱,并评估VFTO对设备主绝缘的威胁,结果表明母线带电时母线侧开关操作在开关设备上产生的VFTO较为严重;同时计算了变压器绕组内VFTO的分布,结果表明,高频电压主要集中在绕组入口近端线饼和线匝上,1至2匝间电压最大,占入口电压的5.9%。

关键词： VFTO 动态电弧模型操作方式匝间电压分布绝缘配合

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弓网电弧对AT供电系统的影响及抑制措施

电气化铁道 2019年第4期30卷 15-19页

作者：陈宇陈晨旭王晓阳西南交通大学电气工程学院中国铁路北京局集团有限公司天津供电段

基于修正的弓网电弧动态模型研究弓网电弧对供电系统的影响,研究表明,电弧熄灭时刻会对系统产生明显的冲击,阻容吸收模块可有效抑制弓网电弧产生的过电压,并缩短燃弧时间,对提高弓网受流质量、保证牵引供电系统稳定运行具有积极意义。

关键词：弓网离线动态电弧模型过电压 AT供电电弧抑制