基于隔離開關(guān)操作速度對特快速瞬態(tài)過電壓的影響

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)在進行空載短母線的操作時，會發(fā)生多次擊穿，同時產(chǎn)生特快速瞬態(tài)過電壓，導致其他設(shè)備受到一定程度的影響和損壞。而隔離開關(guān)的操作速度對特快速瞬態(tài)過電壓有重要的影響。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)過電壓。經(jīng)計算得出結(jié)果表明擊穿時對特快速瞬態(tài)過電壓的陡度影響最大，擊穿延續(xù)時間就越短。為特快速瞬態(tài)過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，從而也對選擇合適的模型、參數(shù)來評價特快速瞬態(tài)過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)過電壓 氣體絕緣開關(guān)設(shè)備

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（b）-0068-02

在進行特高壓氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中的隔離開關(guān)操作的時候，因為它的動作會比較慢，會出現(xiàn)幾十次的觸頭間隙的重復擊穿，出現(xiàn)高幅值的、高陡度、大頻率的特快速瞬態(tài)過電壓，有時還會導致氣體絕緣開關(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，并對特快速瞬態(tài)過電壓有很大影響，而存在一些看法，其中一個看法是為了減少操作所需要的時間，降低重復擊穿次數(shù)來減少特快速瞬態(tài)過電壓產(chǎn)生的次數(shù)，可以降低隔離開關(guān)速度；還有一個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)過電壓。而這些看法過于單一，所以，采取定量分析，運用統(tǒng)計的分析方法探討了隔離開關(guān)速度對特快速瞬態(tài)過電壓的影響。具有重要意義。該文主要介紹了隔離開關(guān)操作的不同方式對特快速瞬態(tài)過電壓的計算，并對分閘、合閘過程中的特快速瞬態(tài)過電壓進行分析，對比仿真與實際測試結(jié)果。

1 隔離開關(guān)操作的不同方式對特快速瞬態(tài)過電壓的計算

1.1 計算的主要模型

關(guān)于隔離開關(guān)操作的不同方式對特快速瞬態(tài)過電壓的計算，計算的模型很重要。變壓器的模型：要精準地計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)過電壓，還要創(chuàng)造與變壓器結(jié)構(gòu)相關(guān)的分布參數(shù)模型，實際測量繞組在幾十兆赫茲頻率下的電流感應等，當下還無法實現(xiàn)。變壓器的模型的分析主要運用采用電路感應、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，根據(jù)實際的超高壓管線分布的實際電容量來建造模型；隔離刀閘的重燃，在進行計算時模擬了隔離刀閘投切過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題。

1.2 進行隔離開關(guān)操作時出現(xiàn)的多次擊穿現(xiàn)象

在進行隔離開關(guān)的操作時，會出現(xiàn)多次的重復擊穿的現(xiàn)象，而每一次擊穿的出現(xiàn)由和隔離開關(guān)兩側(cè)的恢復電壓、開關(guān)的觸頭間隙擊穿特性來決定，而當中的電壓差由電源側(cè)工頻電壓、負載側(cè)空載母線的殘留電壓決定，因為電源側(cè)工頻電壓處于改變之中，負載側(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)并會隨之變化，當進行開關(guān)的分閘操作時，觸頭間隙距離會慢慢加大，反之，合閘時觸頭間隙距離會慢慢減小。

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)過線路時帶有電流，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)過電壓可以通過斷路器均勻電壓電容運輸?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，匯流母線進過線路有電，啟動匯流母線側(cè)隔離開關(guān)，打開斷路器，通過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)閉合時多次重燃產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過電壓可以通過斷路器均勻電壓電容運輸?shù)阶儔浩魃稀?/p>

2 特快速瞬態(tài)過電壓的統(tǒng)計分析及結(jié)果

2.1 分閘過程中的特快速瞬態(tài)過電壓的分析

在分閘過程中，對分閘操作多次擊穿全過程中出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過電壓的狀態(tài)來模擬，從而得出隔離開關(guān)負載側(cè)、電源側(cè)電壓的波形呈現(xiàn)，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備當作計算的例子，充分思考隔離開關(guān)兩側(cè)電壓是最大值同時相位相反，擊穿時通過計算可以得出此線路的出現(xiàn)在負載側(cè)母線尾端的最大特快速瞬態(tài)過電壓。而進行隔離開關(guān)操作時的特快速瞬態(tài)過電壓在一定程度上呈現(xiàn)出不確定性，因此，運用統(tǒng)計的方法來研究分閘與觸頭動作速度的關(guān)系。可以得知當隔離開關(guān)分閘速度小于一定數(shù)值時，隔離開關(guān)分閘速度越小，負載側(cè)最大殘留電壓量越低，所出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過電壓也更小。而當隔離開關(guān)分閘速度等于或大于一定數(shù)值時，分閘時出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過電壓的變化值也會接近此線路的可能出現(xiàn)的極大值。同時，分閘的操作速度越小，分閘時出現(xiàn)的最大的特快速瞬態(tài)過電壓的分布會呈現(xiàn)相對集中狀態(tài)，反之，分布則呈現(xiàn)分散狀態(tài)。

2.2 合閘過程中的特快速瞬態(tài)過電壓的分析

隔離開關(guān)合閘時出現(xiàn)的特快速瞬態(tài)過電壓和隔離開關(guān)合閘之前的負載側(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)，所以在分析過程中要充分考慮它的影響。用隔離開關(guān)隨機分閘后的負載殘留電壓當作合閘前的匯流母線殘留電壓，在很大程度上與現(xiàn)實狀況符合程度高。分析的過程中要注意隔離開關(guān)的分閘時間、合閘時間是不固定量，并均勻分布在同一個周期之內(nèi)，每一次操作都是分閘產(chǎn)生的負載側(cè)殘留電壓當作隔離開關(guān)合閘第一次擊穿前的殘留電壓，然后對隔離開關(guān)每次合閘時出現(xiàn)的最大特快速瞬態(tài)過電壓變化數(shù)值記錄統(tǒng)計?？梢灾?，當考慮隔離開關(guān)負載側(cè)殘留電壓是隨機分閘行為產(chǎn)生的時候，隔離開關(guān)動作越慢，合閘所產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過電壓最大值和最小值的范圍越低；而當隔離開關(guān)速度較低時，合閘前的負載側(cè)殘留電壓也相應更少，合閘產(chǎn)生的特快速瞬態(tài)過電壓也顯著降低。

2.3 模擬與實際測試結(jié)果分析

對于實驗中的特快速瞬態(tài)過電壓，實驗的電線要互相和兩個不同的隔離開關(guān)相適應，一個是低速隔離開關(guān)；另一個是高速隔離開關(guān)。同時，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。把實驗過程中得到的隔離開關(guān)觸頭間隙擊穿電壓伴時間發(fā)生改變的關(guān)系曲線作為基礎(chǔ)，進行一定的分析工作后，對隔離開關(guān)操作過程進行模擬，然后和實際測量得到的結(jié)果對比。對兩種隔離開關(guān)分閘操作結(jié)束后的負載側(cè)殘留電壓進行數(shù)據(jù)記錄和分析，模擬與實測結(jié)果作對比，可以得出仿真結(jié)果與實測結(jié)果的改變趨勢大致相同，在低速開關(guān)中，分閘后殘留的電壓絕對值大多小于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于低速開關(guān)要大。對這兩種隔離開關(guān)的分閘和合閘的操作中出現(xiàn)的最大特快速瞬態(tài)過電壓進行數(shù)據(jù)記錄和分析。分閘過程的特快速瞬態(tài)過電壓仿真與實際分布狀態(tài)和變化趨勢很大程度上相近。模擬結(jié)果特快速瞬態(tài)過電壓分布比實際測量結(jié)果整體上顯得較高。特快速瞬態(tài)過電壓的實驗結(jié)果在一定程度上證明了這個模擬方法具有可行性和有效性。

3 結(jié)語

綜上所述，隔離開關(guān)的操作速度對特快速瞬態(tài)過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，要注意操作速度的影響。

參考文獻

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