基于隔離開關(guān)操作速度對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的影響

程麗華++劉俊奇

摘 要：由于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)的隔離開關(guān)在進(jìn)行空載短母線的操作時(shí)，會(huì)發(fā)生多次擊穿，同時(shí)產(chǎn)生特快速瞬態(tài)過(guò)電壓，導(dǎo)致其他設(shè)備受到一定程度的影響和損壞。而隔離開關(guān)的操作速度對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓有重要的影響。該文分析了超高壓氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)的隔離開關(guān)的操作方式下產(chǎn)生的快速瞬態(tài)過(guò)電壓。經(jīng)計(jì)算得出結(jié)果表明擊穿時(shí)對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的陡度影響最大，擊穿延續(xù)時(shí)間就越短。為特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真中氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)的隔離開關(guān)的選取提供了借鑒，從而也對(duì)選擇合適的模型、參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓水平有一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隔離開關(guān)操作速度 特快速瞬態(tài)過(guò)電壓 氣體絕緣開關(guān)設(shè)備

中圖分類號(hào)：TM595 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（b）-0068-02

在進(jìn)行特高壓氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中的隔離開關(guān)操作的時(shí)候，因?yàn)樗膭?dòng)作會(huì)比較慢，會(huì)出現(xiàn)幾十次的觸頭間隙的重復(fù)擊穿，出現(xiàn)高幅值的、高陡度、大頻率的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致氣體絕緣開關(guān)設(shè)備受不良影響。因此，操作速度是隔離開關(guān)的一大主要性能，并對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓有很大影響，而存在一些看法，其中一個(gè)看法是為了減少操作所需要的時(shí)間，降低重復(fù)擊穿次數(shù)來(lái)減少特快速瞬態(tài)過(guò)電壓產(chǎn)生的次數(shù)，可以降低隔離開關(guān)速度；還有一個(gè)看法是降低隔離開關(guān)速度有利于降低合閘操作的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓。而這些看法過(guò)于單一，所以，采取定量分析，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的分析方法探討了隔離開關(guān)速度對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的影響。具有重要意義。該文主要介紹了隔離開關(guān)操作的不同方式對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的計(jì)算，并對(duì)分閘、合閘過(guò)程中的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行分析，對(duì)比仿真與實(shí)際測(cè)試結(jié)果。

1 隔離開關(guān)操作的不同方式對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的計(jì)算

1.1 計(jì)算的主要模型

關(guān)于隔離開關(guān)操作的不同方式對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的計(jì)算，計(jì)算的模型很重要。變壓器的模型：要精準(zhǔn)地計(jì)算隔離刀閘切合短管線在變壓器設(shè)備上產(chǎn)生的快速暫態(tài)過(guò)電壓，還要?jiǎng)?chuàng)造與變壓器結(jié)構(gòu)相關(guān)的分布參數(shù)模型，實(shí)際測(cè)量繞組在幾十兆赫茲頻率下的電流感應(yīng)等，當(dāng)下還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。變壓器的模型的分析主要運(yùn)用采用電路感應(yīng)、電容器、電阻三部分形成的線路；氣體絕緣開關(guān)設(shè)備模型，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備線路段使用單相分布的參數(shù)模型，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際的超高壓管線分布的實(shí)際電容量來(lái)建造模型；隔離刀閘的重燃，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)模擬了隔離刀閘投切過(guò)程中的電弧多次重燃，充分分析了被操作的短管道有的殘余電荷的大小等問(wèn)題。

1.2 進(jìn)行隔離開關(guān)操作時(shí)出現(xiàn)的多次擊穿現(xiàn)象

在進(jìn)行隔離開關(guān)的操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多次的重復(fù)擊穿的現(xiàn)象，而每一次擊穿的出現(xiàn)由和隔離開關(guān)兩側(cè)的恢復(fù)電壓、開關(guān)的觸頭間隙擊穿特性來(lái)決定，而當(dāng)中的電壓差由電源側(cè)工頻電壓、負(fù)載側(cè)空載母線的殘留電壓決定，因?yàn)殡娫磦?cè)工頻電壓處于改變之中，負(fù)載側(cè)殘留電壓減少很難，可以被看成是直流電壓。開關(guān)的觸頭間隙擊穿電壓與觸頭間隙的距離有關(guān)并會(huì)隨之變化，當(dāng)進(jìn)行開關(guān)的分閘操作時(shí)，觸頭間隙距離會(huì)慢慢加大，反之，合閘時(shí)觸頭間隙距離會(huì)慢慢減小。

1.3 母線側(cè)隔離開關(guān)和帶電變壓器側(cè)的隔離開關(guān)操作模式

在母線側(cè)隔離開關(guān)操作中，匯流母線經(jīng)過(guò)線路時(shí)帶有電流，并關(guān)上變壓器側(cè)隔離開關(guān)，斷開的地方上有斷路器，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的斷路器到匯流母線隔離開關(guān)之間的線路通道有殘留的電量；避雷器依據(jù)離變壓器距離最短的旁邊安放，這樣，母線側(cè)隔離開關(guān)操作模式中母線隔離開關(guān)閉合操作中多次重燃產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓可以通過(guò)斷路器均勻電壓電容運(yùn)輸?shù)阶儔浩魃?。母線帶電變壓器側(cè)的隔離開關(guān)操作模式中，匯流母線進(jìn)過(guò)線路有電，啟動(dòng)匯流母線側(cè)隔離開關(guān)，打開斷路器，通過(guò)斷路器的斷口均勻電壓電容提供電量，這樣，變壓器側(cè)的隔離開關(guān)閉合時(shí)多次重燃產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓可以通過(guò)斷路器均勻電壓電容運(yùn)輸?shù)阶儔浩魃稀?/p>

2 特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的統(tǒng)計(jì)分析及結(jié)果

2.1 分閘過(guò)程中的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的分析

在分閘過(guò)程中，對(duì)分閘操作多次擊穿全過(guò)程中出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的狀態(tài)來(lái)模擬，從而得出隔離開關(guān)負(fù)載側(cè)、電源側(cè)電壓的波形呈現(xiàn)，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備當(dāng)作計(jì)算的例子，充分思考隔離開關(guān)兩側(cè)電壓是最大值同時(shí)相位相反，擊穿時(shí)通過(guò)計(jì)算可以得出此線路的出現(xiàn)在負(fù)載側(cè)母線尾端的最大特快速瞬態(tài)過(guò)電壓。而進(jìn)行隔離開關(guān)操作時(shí)的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓在一定程度上呈現(xiàn)出不確定性，因此，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究分閘與觸頭動(dòng)作速度的關(guān)系?？梢缘弥?dāng)隔離開關(guān)分閘速度小于一定數(shù)值時(shí)，隔離開關(guān)分閘速度越小，負(fù)載側(cè)最大殘留電壓量越低，所出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓也更小。而當(dāng)隔離開關(guān)分閘速度等于或大于一定數(shù)值時(shí)，分閘時(shí)出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的變化值也會(huì)接近此線路的可能出現(xiàn)的極大值。同時(shí)，分閘的操作速度越小，分閘時(shí)出現(xiàn)的最大的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的分布會(huì)呈現(xiàn)相對(duì)集中狀態(tài)，反之，分布則呈現(xiàn)分散狀態(tài)。

2.2 合閘過(guò)程中的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的分析

隔離開關(guān)合閘時(shí)出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓和隔離開關(guān)合閘之前的負(fù)載側(cè)母線的剩余電壓相關(guān)，而這些殘留電壓大多數(shù)是在隔離開關(guān)分閘操作結(jié)束后出現(xiàn)，所以在分析過(guò)程中要充分考慮它的影響。用隔離開關(guān)隨機(jī)分閘后的負(fù)載殘留電壓當(dāng)作合閘前的匯流母線殘留電壓，在很大程度上與現(xiàn)實(shí)狀況符合程度高。分析的過(guò)程中要注意隔離開關(guān)的分閘時(shí)間、合閘時(shí)間是不固定量，并均勻分布在同一個(gè)周期之內(nèi)，每一次操作都是分閘產(chǎn)生的負(fù)載側(cè)殘留電壓當(dāng)作隔離開關(guān)合閘第一次擊穿前的殘留電壓，然后對(duì)隔離開關(guān)每次合閘時(shí)出現(xiàn)的最大特快速瞬態(tài)過(guò)電壓變化數(shù)值記錄統(tǒng)計(jì)?？梢灾?，當(dāng)考慮隔離開關(guān)負(fù)載側(cè)殘留電壓是隨機(jī)分閘行為產(chǎn)生的時(shí)候，隔離開關(guān)動(dòng)作越慢，合閘所產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓最大值和最小值的范圍越低；而當(dāng)隔離開關(guān)速度較低時(shí)，合閘前的負(fù)載側(cè)殘留電壓也相應(yīng)更少，合閘產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓也顯著降低。

2.3 模擬與實(shí)際測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓，實(shí)驗(yàn)的電線要互相和兩個(gè)不同的隔離開關(guān)相適應(yīng)，一個(gè)是低速隔離開關(guān)；另一個(gè)是高速隔離開關(guān)。同時(shí)，低速隔離開關(guān)的分閘和合閘的速度是0.4 m/s左右；高速隔離開關(guān)的分閘速度是1.7 m/s左右，合閘速度是2.4 m/s左右。把實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的隔離開關(guān)觸頭間隙擊穿電壓伴時(shí)間發(fā)生改變的關(guān)系曲線作為基礎(chǔ)，進(jìn)行一定的分析工作后，對(duì)隔離開關(guān)操作過(guò)程進(jìn)行模擬，然后和實(shí)際測(cè)量得到的結(jié)果對(duì)比。對(duì)兩種隔離開關(guān)分閘操作結(jié)束后的負(fù)載側(cè)殘留電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析，模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果作對(duì)比，可以得出仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的改變趨勢(shì)大致相同，在低速開關(guān)中，分閘后殘留的電壓絕對(duì)值大多小于0.9 pu，在高速開關(guān)中，它的分閘之后出現(xiàn)高變化數(shù)值的殘留電壓的幾率相對(duì)于低速開關(guān)要大。對(duì)這兩種隔離開關(guān)的分閘和合閘的操作中出現(xiàn)的最大特快速瞬態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析。分閘過(guò)程的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真與實(shí)際分布狀態(tài)和變化趨勢(shì)很大程度上相近。模擬結(jié)果特快速瞬態(tài)過(guò)電壓分布比實(shí)際測(cè)量結(jié)果整體上顯得較高。特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在一定程度上證明了這個(gè)模擬方法具有可行性和有效性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隔離開關(guān)的操作速度對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓的影響力比較大。因此，在選擇和設(shè)置氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)的隔離開關(guān)時(shí)，要注意操作速度的影響。

參考文獻(xiàn)

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