特高压GIS现场冲击耐压试验暂态过电压及其抑制方法研究

气体绝缘金属封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中应用广泛,GIS现场冲击耐压试验中因内部存在缺陷而发生SF6气隙击穿或绝缘子沿面闪络时,会导致某些节点出现高频振荡暂态过电压,对GIS内绝缘性能良好、不存在缺陷的绝缘子构成绝缘威胁。文中针对南京1 000 k V交流特高压变电站1 100 k V GIS现场雷电冲击耐压试验工程,利用ATP-EMTP电磁暂态分析软件对特高压GIS现场冲击耐压试验系统与故障电弧进行建模,分析了特高压GIS现场冲击耐压试验暂态过电压水平,并对过电压抑制方法进行了探究。研究结果表明:计算得到的放电过程电压波形与试验电压波形基本吻合,弧道电阻指数衰减模型能够准确模拟雷电冲击下GIS内的放电过程;放电引发的陡前沿电压波传播至被试GIS边缘节点时发生近似全反射,导致此类节点处出现幅值高于2 400 k V的高幅值过电压;参数取值为Cr=800 p F、Rr=100Ω的弱阻尼暂态过电压抑制器能够有效抑制2台断路器串联与接入3台断路器方式下空载套管顶端的高幅值过电压,且对未发生放电时的雷电冲击试验电压影响极小,具备应用于现场试验的可行性。     

特高压大容量GIS 雷电冲击波形调试研究

雷电冲击耐压试验是检验GIS(Gas Instulated Switchgear,气体绝缘全封闭配电装置)设备绝缘性能的重要手段。特高压大容量GIS设备的雷电冲击试验经常遇到波头时间Tf和过冲系数?超标问题。本文依托厦门理工学院高压电力大厅的试验场地和3000kV/300kJ冲击电压发生器,以1100kV GIS设备(电容量为2500pF)为研究对象,试验中通过优化波头电阻排列、改善高压导线布置、串接阻容装置等方法,使试验波形中的波头时间Tf从最初的1.84?s降低到1.56?s,同时保证过冲系数β不超过10%。本文对特高压大容量设备雷电冲击试验具有一定借鉴意义。     

特高压GIS现场雷电冲击试验电压台阶现象分析EI北大核心CSCD

随着电压等级的提高,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)的应用越来越广泛。为确保绝缘性能,GIS设备在入网前都要进行现场耐压及绝缘试验。雷电冲击耐压试验是GIS等高压电器设备现场试验必须进行的试验项目之一,但现场发现,雷电冲击耐压试验过程中存在波形畸变问题,在雷电波的上升沿会出现所谓的"台阶"现象。通过ATP-EMTP电磁暂态分析软件搭建试验系统模型,对电压波在特高压GIS负载内的传播过程进行了计算,并对出现台阶现象的原因进行了分析。结果表明,台阶现象是由负载的分布特性与各个电气环节间波阻抗的相互作用引起,高压引线与分支母线间节点处、分支母线末端集中性负载所产生的电压负反射是引起电压波形出现台阶的主要因素。根据以上研究,提出了存在台阶的试验电压波形波前时间的确定方法。     

GIS现场耐压试验述评

本文回顾和分析了GIS现场耐压试验的实际经验,并且在近年来各国有关GIS绝缘特性,特别是在VFT作用下的绝缘特性的大量的实验研究的基础上,对当前GIS现场试验的技术基础和发展趋向进行了详细的分析,提出了从技术物理观点上看最可靠而实际上又可以实现的现场耐压试验程序,包括电压波形,电压值和局放测量的应用。     

特高压变电站1100kV GIS现场冲击耐压试验方法

开展GIS现场冲击耐压试验有利于发现设备运输和现场安装过程中产生的内部缺陷和隐患。浙南站1 100 kV GIS现场冲击耐压试验为世界首次开展,文中介绍了浙南站1 100 kV GIS现场冲击耐压试验参数的确定、试验装置的结构和参数以及等效回路的计算过程,形成了浙南站现场冲击耐压试验方法。使用该试验方案在浙南站成功开展了现场冲击耐压试验,现场试验未发生放电故障,该试验方法将为后续超特高压工程开展相关试验提供技术依据和示范作用。     

振荡型雷电冲击电压和标准雷电冲击电压在220kV GIS中的分布特性研究

GIS具有优良的性能,被广泛应用于电力系统,其在出厂时会进行双指数型冲击考核其绝缘性能,而在现场试验时则会采用振荡型冲击电压波形,在两种冲击电压波形作用下GIS内部各节点的电压分布情况是进行试验结果分析的基础。为了掌握不同类型冲击下的电压分布情况,文中利用数值仿真软件ATP-EMTP,对某220 kV GIS设备进行了仿真建模,分别对振荡雷电冲击波与标准雷电冲击波两种电压波下GIS中波的传播情况和各节点出线的电压分布进行了仿真研究,并对两种电压波作用下的节点电压进行了比对分析。结果表明,相比振荡型雷电冲击,施加双指数雷电冲击时会出现相对较大的过电压,随着测量节点与入口处距离的增加,节点电压降低,波形的畸变减弱。文中的研究结果为GIS现场冲击耐压试验方案的确定、整体绝缘强度的判断提供了数据支持。     

大容量电力设备标准雷电冲击现场试验技术

随着电压等级的提高,气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)等电力设备电容量增大。现场耐压及绝缘试验作为GIS设备投运前的最后一道关口,是提高入网质量的重要保障。为此,结合国内外SF6间隙放电特性研究成果,发现极不均匀电场中SF6间隙工频或直流击穿电压随气压变化会出现"驼峰"现象,高气压下间隙击穿电压和电晕起始电压相近;随冲击电压波前时间增加,间隙放电电压升高可达10%~20%。解释了现行交流耐压与局部放电试验检测GIS绝缘缺陷的局限性,阐明了开展现场雷电冲击试验的必要性及其技术瓶颈,并分析了冲击电压检测绝缘缺陷的有效性。基于研制的新型紧凑型低电感冲击电压发生器,提出大容量电力设备标准雷电冲击现场试验技术,并在特高压南京站得到应用。此外,还从提高绝缘检测有效性出发,提出了现场耐压与绝缘检测试验改进方案。     

特高压气体绝缘金属封闭式组合电器的现场冲击耐压试验方法

气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)的现场冲击耐压试验能够更有效地检测出金属尖刺、绝缘子断裂等集中性缺陷,已成为设备现场耐压试验的重要组成部分。为此针对1 000 kV淮南—南京—上海交流特高压南京变电站1 100 kV GIS现场雷电冲击耐压试验工程,利用ATP-EMTP电磁暂态分析软件对特高压GIS现场冲击耐压试验系统进行建模,并研究了特高压GIS现场冲击耐压试验方式的选取与试验条件对电压波形的影响。研究结果表明:当负载电容C_t7 000 pF时,能够通过调节波前电阻使负载电压满足标准雷电波要求,当负载电容C_t7 000 pF时,无法得到标准雷电波;接入单台断路器的方式试验电压波形质量高,试验工作量大;接入多台断路器的方式试验效率高,但需降低对试验电压波形的要求。接入外置分压器会使电压幅值略微下降、波前时间增加;套管间高压引线长度增加会使波前时间略有缩短,并导致负载电压波形出现振荡,引线长度取20 m较为合适。     

GIS击穿定位系统及其在耐压试验中的应用

在GIS设备现场交流耐压和冲击耐压试验中,放电故障定位是需要解决的一个关键技术需求。为确保GIS交接现场耐压试验的顺利进行,针对GIS耐压试验中基于超声波法的击穿定位装置、实验室验证与现场应用展开研究。首先介绍了一种基于超声波定位法的GIS击穿定位系统,该装置具有就地测试和无线网络测试2种模式,现场无线通信被干扰下,保障了GIS击穿定位准确可靠。然后利用该定位系统在实验室模拟放电条件下,对工频和冲击耐压试验下放电定位功能进行验证。最后结合GIS和特高压耐压试验放电定位实际案例,提出幅值比较定位是超声波法GIS击穿定位系统进行放电击穿定位的一种方便有效的技术手段。     

1100 kV GIS设备振荡冲击试验电压下的波过程仿真计算研究

特高压GIS设备进行现场冲击耐压试验时,GIS内部在振荡冲击电压波作用下易发生电磁波折、反射,由此产生的电压波叠加后可能会高于标准要求的试验电压值从而危及GIS设备绝缘。为有效评估振荡冲击电压下GIS设备内部的过电压水平,优化GIS现场冲击电压试验方法。利用EMTP仿真计算软件,基于现场实际试验参数对GIS正常施加冲击耐压以及GIS发生闪络两种工况下的波过程开展了仿真计算分析,得到了GIS设备各节点的电压分布。结果表明,正常情况下对GIS施加振荡型冲击电压时,GIS各节点电压幅值差异较小,一旦发生内部闪络后,在截断电压波作用下,GIS支路末端电压会远超试验电压值进而引发二次闪络。针对该现象,根据仿真计算结果提出在试验回路中加入阻尼电阻的抑制措施,并结合现场实测进行验证。通过对仿真计算及现场实测结果的对比分析,大幅减少了现场冲击耐压试验次数,有效防止现场试验时过电压对GIS设备的损害,为今后开展1 100 k V GIS设备现场冲击电压试验提供了技术依据。     

现场用GIS冲击耐压试验及局部放电检测装置设计

国内外一些研究和实际运行经验发现,已通过工频局部放电检测的不少GIS试品在投入运行后不久依然出现绝缘类故障,因此针对GIS设备提出进行冲击耐受试验及其局部放电检测,以及时发现内部隐患,确保设备安全稳定运行。在充分调研现场GIS冲击耐压试验及其局部放电检测必要性的基础上,结合GIS设备冲击耐受试验条件,设计了一套便于现场试验时的局部放电检测装置,利用该装置对800kV断路器和750kV变电站GIS组进行了冲击耐压试验下局放检测,并对现场检测的抗干扰措施进行了探讨。试验结果证明了GIS冲击电压下局部放电检测的可行性,及局部放电检测装置的有效性。     

Deterioration characteristics of insulating spacer model in repeating impulse voltage

To discuss the UHV GIS test voltage, the deterioration characteristics of the GIS insulating spacer model were studied by repeating lightning or switching impulse voltage. The deterioration factor indicating the decrease of lightning or switching impulse breakdown voltage applied up to 1000 times was found to be 35.7/45.5. The relationship between the partial discharge inception voltage and the breakdown voltage after 1000 impulse applications was also studied. It was found that the partial discharge inception voltage increases despite a decrease in breakdown voltage due to the impulse voltage. In addition, to elucidate the deterioration phenomenon, a study was made of the breakdown characteristics of models with various boundary conditions between the electrode and epoxy resin, as well as the relationship between the boundary conditions. Microdischarge was also studied. The results of the investigation suggest that the deterioration by repeating voltage is caused by microdischarge due to electric field intensification on microprotrusions of the electrode surface.     

500 kV GIS变电站雷电过电压保护研究

将500 kV GIS变电站和进线段结合起来,考虑绝缘子串冲击伏秒特性、进线段冲击电晕、远近区杆塔冲击接地电阻、落雷点等因素的影响,采用ATP-EMTP对500 kV GIS变电站的雷电侵入波过电压进行了研究。研究表明,冲击电晕、近区杆塔接地电阻对雷电过电压有很大的影响;雷击最靠近变电所终端"门"形塔的杆塔时,过电压有可能不是最严重的;当设备过电压较严重时,母线上增装一组避雷器能有效降低过电压。该研究思路兼顾安全和经济两方面,可为工程提供新的参考。     

7 200 kV/480 kJ冲击电压发生器的输出电压特性

介绍了国家电网公司特高压直流试验基地户外冲击试验场的7 200 kV/480 kJ冲击电压发生器的结构特点,并对该冲击电压发生器的雷电冲击电压、标准操作冲击电压、500 ms 和1 000 ms长波头操作冲击电压的输出特性进行了试验研究。试验结果表明：雷电冲击输出电压幅值达到了6 271 kV,标准操作冲击电压的棒板间隙耐受电压和击穿电压分别达到了3 844和4 845 kV。表明该冲击电压发生器可以满足±800 kV特高压直流输电技术和更高电压等级输电技术的试验要求。     

750kVGIS变电站雷电侵入波过电压的研究

为使模拟计算结果更接近实际,需要研究雷电侵入波过电压计算模型的误差及影响因素,基于输电线路的伏库特性,用简单的电路模型模拟输电线路电晕特性,建立了集中电感、单波阻和多波阻3种杆塔模型;研究了电晕效应对雷电过电压及杆塔模型对变电站雷电侵入波过电压计算结果的影响。利用EMTP计算雷击塔顶和绕击输电线路2种雷击方式下750kVGIS变电站内断路器、电流互感器及变压器等设备雷电侵入波过电压的结果表明,冲击电晕使雷电侵入波产生很大的衰减和变形,和不考虑电晕所得过电压幅值相差约5%;3种杆塔模型算得的结果相差近10%;GIS出线方式等其它因素对过电压值也有较大的影响。     

Results of lightning impulse tests for a 275‐kV full GIS substation

This paper describes the outline and results of the lightning impulse tests for a 275‐kV full GIS substation. The behavior of lightning surges is a very important factor for the rational design of substations and low‐voltage and control circuits inside the substations. For the above reason, we carried out lightning impulse tests for a new 275‐kV full GIS substation. In these tests, we measured voltage induced in low‐voltage and control circuits, transient characteristics of grounding grid, injected voltage and current waveforms, and so on. By investigating these data, we confirmed the behavior of lightning surges inside the substation. We also compared simulated waveforms by EMTP analysis with the measured waveforms. The simulated results agreed well with the measured results. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(1): 46–58, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10230     

工频–雷电冲击叠加电压检测GIS金属尖刺缺陷有效性研究

气体绝缘封闭式组合开关设备(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统具有广泛应用,GIS运行过程中金属尖刺缺陷严重威胁其绝缘可靠性。然而,高电压等级下金属尖刺缺陷难以被传统现场试验检出。该文提出工频-雷电冲击叠加电压检测法。首先构建工频-雷电冲击叠加电压实验研究平台,针对工频-雷电冲击叠加电压下金属尖刺缺陷放电特性进行研究,继而研究工频-雷电冲击叠加电压检测金属尖刺缺陷方法有效性。结果表明:当交流电压(UAC)大于起晕电压时,同极性叠加导致击穿电压(Us)增大,反极性叠加导致Us减小。叠加相位对Us的影响稍滞后于工频波形。随不均匀度增加,曲线平台期缩短直至消失。在交流电压135°叠加负极性雷电冲击电压,GIS金属尖刺缺陷放电电压最低,外施电压较雷电冲击试验下降24.9%,可以有效检出缺陷。     

110~500 kV复合绝缘子的雷电闪络特性

为研究复合绝缘子的雷电冲击闪络特性,在110 kV、220 kV和500 kV电压等级下对复合绝缘子进行了大量的试验。利用Matlab分析试验数据,得到了不同电压等级绝缘子50%雷电冲击电压与干弧距离的关系曲线,拟合出了110~500 kV绝缘子50%雷电冲击电压与干弧距离的关系表达式,通过逐步提高冲击电压的峰值研究并绘制出了110 kV绝缘子的伏秒特性曲线,为复合绝缘子的选型提供了参考。     

一起断路器重燃故障的分析及对策

阐述了500kV长清变电站一起ABB HPL245B1断路器短路电流重燃的过程,分析了故障原因,分析了雷电脉冲放电对SF6在断弧期间的分解气体的影响,就故障原因提出了对SF6气体检验需要全分析措施和防止雷云冲击线路造成故障的对策。     

振荡冲击电压下SF_6极不均匀场间隙的放电特性

根据IEC 60060-3所规定的振荡冲击电压波形,研究了在正极性振荡雷电冲击电压和振荡操作冲击电压下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性,包括SF6压强(P)和50%起晕电压(UP50)关系、SF6压强(P)和50%击穿电压(UB50)关系等。并且比较了振荡雷电冲击和标准波雷电冲击下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性的异同。结果表明,振荡型冲击电压因其振荡特性,使SF6极不均匀场间隙的放电次数增加,这有利用发现GIS中存在的例如导电尖刺等电极缺陷;等波头的振荡冲击波和双指数冲击波作用下SF6极不均匀场间隙的有着相似的放电特性,这对振荡型冲击波替代双指数波在较高等级的GIS现场耐压试验中的运用有重要的指导意义。