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高压断路器切除并联电抗器过电压的抑制研究

高压电器 2021年第9期57卷 102-108页

作者：陈杳伟史俊党德旺付杰西安西电开关电气有限公司西安710077

高压断路器切除并联电抗器时会产生较高的过电压,而导致设备故障,危及电网安全运行。文中从开断电抗器产生过电压的原理出发,并结合试验结果分析过电压的区间分类,提出了重燃窗口以及过电压临界点的划分方法,详细分析了选相分闸技术抑... 详细信息

高压断路器切除并联电抗器时会产生较高的过电压,而导致设备故障,危及电网安全运行。文中从开断电抗器产生过电压的原理出发,并结合试验结果分析过电压的区间分类,提出了重燃窗口以及过电压临界点的划分方法,详细分析了选相分闸技术抑制过电压的原理,并通过试验验证其可有效控制过电压在较低水平,从而消除过高的过电压对电力设备的威胁。

关键词：并联电抗器重燃过电压重燃窗口选相控制

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高压并联电容器投切过电压抑制方法研究

高压并联电容器投切过电压抑制方法研究

作者：倪涛上海电机学院

学位级别：硕士

并联电容器组用来补偿电力系统无功功率，是目前应用最为广泛的一种无功补偿装置。近年来，并联电容器组在运行中频繁发生故障，给供电企业造成较大经济损失，不利于电网的健康运行。造成故障的主要原因是投切并联电容器中产生的过电压... 详细信息

并联电容器组用来补偿电力系统无功功率，是目前应用最为广泛的一种无功补偿装置。近年来，并联电容器组在运行中频繁发生故障，给供电企业造成较大经济损失，不利于电网的健康运行。造成故障的主要原因是投切并联电容器中产生的过电压，而其中最严重的过电压是由断路器重燃造成的。随着制造工艺的提高以及对真空断路器进行老炼试验可以减少重燃概率，但目前还没有无重燃的真空断路器，这就要求通过抑制措施降低断路器重燃的概率，减小过电压带来的危害。本文就该课题做了以下工作：首先，从机理上分析并联电容器投切过电压产生的过程。包括对合闸时产生过电压以及在分闸时因真空断路器重燃产生过电压过程的理论分析;然后在系统简化模型和电路方程的基础上，应用EMTDC/PSCAD仿真工具搭建并联电容器投切过程的仿真模型，模拟各种投切工况过电压产生的过程，明确过电压的危害程度。其次，结合仿真和试验站并联电容器开关重燃过电压的实测数据，主要针对开关恢复过电压和电容器对地电压这两个主要过电压参数，通过统计分析，得到其变化规律，为开关恢复过电压抑制器的研究提供数据依据。然后，为达到加快电容器残压的释放速度，降低并联电容器重燃的概率的目的，设计了以非晶合金材料为铁心的开关恢复过电压抑制器，并对其进行磁特性分析和参数优化。同时提出了过零投切装置和开关恢复过电压抑制器组合使用的结构，以达到抑制合闸涌流和降低开关恢复过电压，降低并联电容器开关重燃概率的目的。最后，通过对开关恢复过电压抑制器的现场试验和挂网试运行，验证了抑制器对加快电容器残压释放速度，降低开关恢复过电压，降低并联电容器开关重燃概率都有明显的抑制效果。

关键词：并联电容器真空断路器重燃过电压非晶合金磁特性

高速列车车载断路器操作过电压特性分析及抑制方法

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高速列车车载断路器操作过电压特性分析及抑制方法

作者：饶阳西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高铁的快速发展,动车组运行速度和牵引功率不断提高,与此同时在实际运营过程中,与车载高压电气系统相关的安全问题也逐渐暴露出来。高速列车在过分相、短路故障处理等工况中需要频繁操作车载断路器,在断路器分合闸瞬间,牵引供... 详细信息

随着我国高铁的快速发展,动车组运行速度和牵引功率不断提高,与此同时在实际运营过程中,与车载高压电气系统相关的安全问题也逐渐暴露出来。高速列车在过分相、短路故障处理等工况中需要频繁操作车载断路器,在断路器分合闸瞬间,牵引供电回路中存在的大量电感、电容元件之间的磁场能与电场能将会相互转换,从而产生电磁振荡以及高幅值操作过电压。与车载主断路器有直接电气联系的高压设备将会第一时间遭受过电压冲击,这会造成高压箱内设备绝缘老化或击穿,车载牵引变压器的主绝缘、纵绝缘也会受到高频过电压的威胁;此外,过电压还会感应至车体,致使车上电子通信设备接地电位不稳定,威胁列车运行安全。本文首先对高速列车外部供电方式、列车高压主电路以及车载的高压电气设备等与操作过电压相关的因素进行了深入调研。基于现场实测参数建立了“车-网”系统高速列车操作过电压仿真模型,通过仿真对切除空载变压器、合闸空载变压器、切除短路负载三种情况下断路器操作过电压特性进行分析,通过仿真结果发现,切除短路负载所产生的操作过电压最大。随后进一步分析了网压相位、变压器分布电容、网侧阻抗三种关键因素对断路器分合闸操作过电压的影响。然后通过对列车分闸空载变压器静态测试的实测波形特征分析发现了断路器重燃过电压现象,并通过频谱分析验证了该现象,实测重燃过电压尖峰频率集中在300k HZ左右。随后对重燃过电压的产生机理进行了分析,并搭建了考虑重燃特性的真空断路器分闸模型,分析了断路器触头间介质强度恢复速率以及断路器高频熄弧能力对重燃过程的影响,结果为介质强度恢复速率影响了过电压的重燃次数而高频熄弧能力影响了断路器重燃高频电流幅值。最后基于“车-网”系统模型和考虑重燃特性的真空断路器分闸模型,提出了采用氧化锌避雷器、阻容抑制器、“分闸电阻-阻容抑制器”联合抑制三种防护方案,并对三种抑制方案的参数选择、工作接线进行了详细分析。综合考虑切断短路负载和发生重燃两种情况,对三种方案的过电压抑制效果进行了评估,结果表明,由分闸电阻与阻容抑制器共同参与的抑制效果最佳,操作过电压的幅值降低了56.7%,振荡频率也有明显下降,同时消除了重燃带来的高频振荡。本文对高速列车断路器操作过电压的特性进行了深入分析,并解析了影响过电压的主要因素,为实际工程中抑制断路器操作过电压提供了解决思路。

关键词：高速列车操作过电压变压器原边重燃过电压抑制方法

真空断路器投切10kV并联电抗器过电压机理研究

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真空断路器投切10kV并联电抗器过电压机理研究

作者：张照辉重庆大学

学位级别：硕士

近年来,真空断路器因其具有开断容量大、适合频繁操作和维护简单等独特优点,而被广泛应用于变电站无功补偿设备的投切操作。然而,在一定的系统条件下,真空断路器投切10 k V并联无功补偿并联电抗器时,断路器的断口间隙可能会产生连续的... 详细信息

近年来,真空断路器因其具有开断容量大、适合频繁操作和维护简单等独特优点,而被广泛应用于变电站无功补偿设备的投切操作。然而,在一定的系统条件下,真空断路器投切10 k V并联无功补偿并联电抗器时,断路器的断口间隙可能会产生连续的电弧重燃与熄灭现象以及多次预击穿现象,在变电站低压侧形成幅值与频率极高的过电压,导致断路器、电抗器以及站用变等设备的绝缘击穿事故频发,危害严重。为探明此类过电压事故的形成机制,在重庆某220 k V变电站10 k V侧运行电网事故回路的基础上搭设试验平台,进行了一系列的现场试验研究,获得了投切操作暂态波形数据,推断出投切操作时最为可能的事故原因。本文为搭建精确的真空开关仿真模型,从现场试验波形数据中提取出真空开关仿真模型所需的特征参数,在ATP-EMTP中搭建真空断路器合闸预击穿和分闸电弧重燃的MODEL控制模型,建立现场试验的等效三相仿真电路,对模型的准确性进行验证。本论文研究工作的主要内容如下:①结合试验所在地电力设备分布特点,研制出了10 k V并联电抗器回路投切操作暂态试验系统,提出了一种无功设备投切操作暂态试验系统的信号触发控制系统,并成功捕获了投切操作暂态过程中的过电压、电流波形数据。②对真空断路器投切10 k V并联无功补偿电抗器操作进行了现场试验研究,获得分闸电弧重燃与合闸预击穿等不同操作引发的系统暂态波形数据,数据特征明显,基于电路理论在对投切操作暂态过程和现象进行分析的基础上给出了该工况下过电压的形成机制,在此基础之上给出了过电压抑制措施的几点建议。③统计得到真空断路器合闸操作的不同期特证和投切操作暂态过程中断口间隙介质动态绝缘强度的恢复曲线以及高频电流灭弧特性,搭建真空断路器分闸电弧重燃和合闸预击穿模块,考虑电缆三相间的寄生参数,在ATP-EMTP中建立真空断路器投切并联无功补偿电抗器现场试验的等效三相仿真电路,并将仿真结果与试验结果进行对比分析,对仿真模型的有效性与准确性进行校验。综合以上研究得出:真空断路器合闸10 k V并联电抗器时极易发生单相预击穿现象,也可在系统中形成幅值与频率极高的暂态过电压;分闸重燃机率比较低,但重燃会在系统中形成幅值和暂态恢复电压上升率更高的过电压,是现场事故最为可能的原因。基于现场试验数据搭建的真空开关仿真模型所得仿真波形数据与试验波形数据的对比分析显示,仿真结果与试验结果基本一致。研究结果进一步完善了该工况下过电压的形成机理和真空开关的仿真模型。因此,本论文的研究工作对改进变电站电力设备的绝缘配合和真空开关仿真模型的实际应用具有重要的意义。

关键词：预击穿过电压重燃过电压并联电抗器 ATP-EMTP 现场试验

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海上风电场分闸暂态过电压研究

海上风电场分闸暂态过电压研究

作者：王晟嘉华南理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着海上风电技术的进步,海上风电场的规模从风机数量和单机容量上都不断提升,大规模的海上风电并入电网对电力系统产生影响已经受到越来越多的关注。海上风能的随机波动性很大,直驱永磁风机输出电压和功率受到波动的影响导致风... 详细信息

近年来,随着海上风电技术的进步,海上风电场的规模从风机数量和单机容量上都不断提升,大规模的海上风电并入电网对电力系统产生影响已经受到越来越多的关注。海上风能的随机波动性很大,直驱永磁风机输出电压和功率受到波动的影响导致风机机端变压器两端的真空断路器频繁投切,断路器的操作会导致海底电缆上产生过电压。海上风电系统中的操作过电压具有上升速度快,幅值大,振荡时间长的特点,长期对电气绝缘设备的危害很大,严重影响到设备的安全与可靠运行。因此,本文将对海上风电场分闸操作暂态过电压进行分析,研究抑制设备过电压的有效措施。首先本文对海上风电场分闸操作过电压的形成机理和暂态特性进行分析,根据断路器分闸时过电压的重燃特性,计算分布参数等效模型的过电压,理论分析影响过电压的因素;然后利用电磁暂态仿真软件对海上风电场关键设备高频暂态模型进行自定义建模,对直驱永磁风机按照风力机模块、换流器模块和控制模块和滤波器模块进行建模;对采用频率响应特性模型的海底电缆参数进行误差校正;对考虑高频重燃过电压特性的断路器进行建模;对统一磁路等效变压器模型进行参数设置,使其具有高频响应特性。其次,通过自定义的设备模型,搭建整体海上风电场电力系统模型,对单台风机的电力系统进行分析,分别探究直驱永磁风机组、交流滤波器、低风速下不同功率输出对分闸暂态过电压的影响;再对整体海上风电场进行分析,分析馈线长度和风电场风机运行方式对馈线过电压的影响。最后。基于过电压保护设备原理,搭建不同的限制过电压的设备模型,验证限制过电压设备对线路过电压的抑制效果,结果可以为海上风电场抑制分闸操作过电压保护措施提供参考。

关键词：海上风电场暂态过程重燃过电压 PSCAD仿真建模

10kV并联电抗器开断过电压理论与仿真建模研究

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10kV并联电抗器开断过电压理论与仿真建模研究

作者：王成湖南大学

学位级别：硕士

随着真空断路器和并联电抗器在配电网中的广泛应用,由真空断路器开断并联电抗器时产生的过电压而引发设备绝缘击穿的事故频发,已经成为了一个不能忽视的问题。为了保证电气设备的安全和电网的稳定运行,避免由事故频发带来的经济损失,有... 详细信息

随着真空断路器和并联电抗器在配电网中的广泛应用,由真空断路器开断并联电抗器时产生的过电压而引发设备绝缘击穿的事故频发,已经成为了一个不能忽视的问题。为了保证电气设备的安全和电网的稳定运行,避免由事故频发带来的经济损失,有必要研究并联电抗器的开断过程,找出导致事故发生的本质原因,从而采取必要的应对措施。本文主要从理论分析和仿真建模两个方面开展对真空断路器开断10kV并联电抗器产生的过电压的研究。首先,介绍了操作过电压和截流过电压的相关理论,研究了真空断路器开断10kV并联电抗器时产生的截流过电压。根据电路理论建立了单相和三相的等效电路模型,并计算了并联电抗器的截流过电压。通过灵敏度分析,得出断路器的截流值和电抗器的电感值是影响截流过电压大小的重要因素,分析了断路器的截流值和电抗器的电感值对截流过电压大小的影响程度。其次,对三芯电缆的基本结构和ATP-EMTP软件进行了简单介绍。由于在10kV交联聚乙烯三芯电缆中,高频电压波形是会随着频率的变化而发生变化的,因此选择频率相关的JMarti模型,对变电站中连接真空断路器和并联电抗器的10kV三芯电缆进行了建模。将实际电缆的几何参数转换为仿真模型的几何参数,对10kV三芯电缆进行精细化多层建模,以得到更为精确的仿真模型。最后,考虑了主要设备的参数和系统的寄生参数,使用ATP-EMTP软件对真空断路器开断10kV并联电抗器的过程进行了仿真研究。分析了所得到的断路器断口间的电流波形、母线侧的电压波形、并联电抗器处的电压波形和断路器的断口恢复电压波形。结果表明,在断路器开断时产生的截流过电压使得断口间隙发生多次重燃,产生很高的重燃过电压,而重燃过电压要略低于截流过电压。随后,简单介绍和分析了几种理论可行的抑制并联电抗器开断过电压的方法。

关键词：并联电抗器截流过电压重燃过电压真空断路器 ATP-EMTP 三芯电缆

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船舶中压电网消弧线圈接地方式机理研究

电力系统保护与控制 2013年第23期41卷 23-29页

作者：张彦魁毕大强董世军电力系统国家重点实验室清华大学电机系北京100084 许继电气股份有限公司河南许昌461000

消弧线圈接地方式用于船舶中压电网时,对其机理和规律迄今还缺乏定量研究。在对船舶中压电网单相接地故障进行理论分析的基础上,结合暂态仿真,研究了消弧线圈阻尼率、脱谐度以及发电机频率偏移、燃弧时刻角等对熄弧恢复电压、重燃过电... 详细信息

消弧线圈接地方式用于船舶中压电网时,对其机理和规律迄今还缺乏定量研究。在对船舶中压电网单相接地故障进行理论分析的基础上,结合暂态仿真,研究了消弧线圈阻尼率、脱谐度以及发电机频率偏移、燃弧时刻角等对熄弧恢复电压、重燃过电压、中性点位移电压以及故障电流的影响。结果表明,增大阻尼率将减小熄弧电压恢复超调量,从而降低重燃过电压,但也会使故障电流有所增加;而增加脱谐度会使得熄弧电压恢复超调量增加,可能引起较大的重燃过电压,为了限制故障电流,脱谐度不宜取值过大;此外,发电机频率偏移也可能导致较大的暂态过电压。

关键词：船舶中压电网消弧线圈接地熄弧恢复电压重燃过电压故障电流

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开断高压感应电动机产生的过电压及其限制措施

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电网技术 1979年第4期 77-96页

作者：田景林严忠谦东北电业管理局东北电业管理局东电技改局清华大学北京开关厂阜新电厂辽宁电厂

我们统计了115台次6千伏感应电动机事故,其中绝缘事故有70台次,占61％。运行经验表明,电动机绝缘事故与操作电动机的开关性能有关。 SN10-10型少油断路器和真空断路器近几年来陆续用于操作感应电动机,虽时间不长,但因此而发生的事故有... 详细信息

我们统计了115台次6千伏感应电动机事故,其中绝缘事故有70台次,占61％。运行经验表明,电动机绝缘事故与操作电动机的开关性能有关。 SN10-10型少油断路器和真空断路器近几年来陆续用于操作感应电动机,虽时间不长,但因此而发生的事故有显著增加。如辽宁、山东用SN10-10型少油断路器开断6千伏4000千瓦启动状态的给水泵电动机时,断路器自爆喷油着火,造成20万千瓦发电机停机事故

关键词：开断断路器截流过电压启动状态过电保护通信线路防护过电压保护操作过电压重燃过电压压敏电阻

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真空电器的操作过电压及其抑制方法

电器与能效管理技术 1984年第1期 6-12+64页

作者：支根初机械工业部上海电器科学研究所

本文就真空电器的几种主要操作过电压作了较详细的分析,并综述了6种真空电器操作过电压的抑制方法。

关键词：操作过电压幅值截流过电压重燃过电压电感电流电器电气设备非线性电阻保护间隙角式避雷器避雷器间隙触头材料抑制方法