750kV GIS变电站VFTO特性分析

为评估特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)特性及其对主要电气设备的危害,结合我国西北电网中某750 kV气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)变电站,进行了大量的仿真计算,初步掌握了GIS内、外部主要部位VFTO的分布情况,并得出该变电站最大VFTO幅值在相关设备耐受能力范围内的结论.在此计算基础上进行了现场实测,准确掌握了750 kV GIS变电站VFTO实际幅值、波形及频率等重要特性参数.现场实测结果对于750 kV GIS中隔离开关的倒闸操作具有实际指导意义,同时也为1 000 kV交流特高压GIS设备中VFTO的实测及倒闸操作积累了经验和数据.     

750kV GIS中快速暂态过电压的研究

随着超高压气体绝缘变电站(GIS)的广泛使用,由隔离开关(DS)和断路器(CB)操作引起的快速暂态过电压(VFTO)引发的绝缘事故也越来越多。以西北地区750 kV官亭GIS变电站为计算原型,利用电磁暂态程序(EMTP)对不同运行方式下GIS设备上的VFTO进行了数值仿真计算和分析,从而获得不同运行方式和操作方式下各节点的VFTO电压幅值、频率、陡度和波形等数据。根据计算数据对GIS和连接设备的绝缘配合和安全裕度进行了分析,为下一步开展VFTO现场实测提供了理论参考数据。     

三峡电站GIS快速暂态过电压现场试验及分析

特快速暂态过电压(VFTO)是危及全封闭气体绝缘组合电器(GIS)及变压器绝缘的一种电磁暂态现象。为了获取三峡电站的VFTO的幅值和频率等特性参数,考验VFTO是否超过变压器的绝缘水平,介绍了三峡电站GIS通过隔离开关操作产生并测量VFTO的波形现场试验方法、试验接线及操作步骤。试验采用电容耦合式传感器获取变压器的VFTO波形,分析了3种典型运行方式下的VFTO幅值差异,提出了减小VFTO对变压器绝缘影响的措施。试验结果的VFTO最高电压达1127kV,小于500kV变压器的雷电冲击耐受电压,表明VFTO不会造成三峡电站变压器绝缘损坏。     

特高压GIS变电站中快速暂态过电压仿真及其特性分析

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。     

基于广义S变换的特快速暂态过电压频谱特性及其影响因素分析

特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage, VFTO)波形具有非平稳性,傅里叶变换无法描述其频率分量随时间变化的局部特征,因此提出了基于广义 S 变换的VFTO频谱分析。以气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)试验回路实测VFTO典型波形为样本,用广义 S 变换对样本波形进行频谱分析,给出了各频率分量的幅值–时间曲线;通过对比研究了不同条件下实测波形的幅值–时间曲线,定性分析了击穿序数、分闸/合闸及隔离开关速度、不同位置、GIS回路参数、GIS回路结构等因素对VFTO频谱的影响。结果表明：VFTO频率成份丰富,频率分量的频率越高,其幅值衰减越快、持续时间越短;不同击穿序数的 VFTO 频率成份相同,各频率分量幅值不同;分闸/合闸及开关速度仅对VFTO各频率分量幅值有所影响,对频率成份无明显作用;不同位置 VFTO 的高频成份有所不同。     

GIS中金属氧化物避雷器对特快速暂态过电压的影响

气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)内部隔离开关切合空载短母线时产生的特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)对电气设备构成严重的威胁。金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)作为GIS中重要的保护设备之一,目前在VFTO计算中普遍采用对地电容模型或者非线性电阻模型,这忽略了VFTO暂态特性对MOA晶界层极化过程的影响。为此,结合MOA阀片的微观结构,通过分析交变电场下电介质的极化特性及其电流响应,提出了MOA暂态电路模型。以国内某550kV变电站为背景,采用EMTP软件对GIS中的VFTO进行了计算,分析了不同MOA模型下VFTO的差异,研究了MOA对VFTO波形、幅值和波前陡度的影响。结果表明,MOA暂态模型能很好地反映MOA在VFTO作用下的极化现象;MOA对VFTO有一定的抑制作用,它能使VFTO波形衰减,在一定程度上降低VFTO的幅值,并减缓VFTO的波前陡度。     

几种时频分析方法在VFTO频谱分析中的应用

从信号处理的角度而言,特快速暂态过电压(VFTO)是非平稳信号,传统的Fourier变换不适合用于对其进行频谱分析。为此,结合VFTO波形频带宽、频率成分丰富等特征,寻求了适用于VFTO频谱分析的时频分析方法。对比分析了短时Fourier变换、Wigner-Ville分布、伪Wigner-Ville分布、S变换及广义S变换5种时频分析方法在VFTO合成信号频谱分析时的性能,结果显示广义S变换在高、低频段的时频分辨率能够同时达到较好水平。然后利用广义S变换对VFTO实测波形进行频谱分析,给出了VFTO各频率分量的幅值—时间曲线。曲线显示VFTO各频率持续时间不一,频率越高,其幅值衰减越快、持续时间越短,进一步论证了广义S变换应用于VFTO频谱分析的适用性和可行性。     

330 kV GIS变电站电子式电压互感器抗VFTO干扰方法研究

气体绝缘开关装置（GIS）中的隔离开关在操作时产生的特快速暂态过电压（VFTO）会造成GIS电子式电压互感器二次设备损坏和信号骚扰,因此研究一种抑制VFTO的方法。首先分析GIS电子式电压互感器电压传递的数学模型,然后设计一套抑制VFTO的系统,最后通过330 kV GIS隔离刀闸开合试验验证抑制VFTO系统的有效性。试验证明,该方法可有效降低VFTO对GIS电子式电压互感器采集单元的影响,保证GIS电子式电压互感器稳定运行。     

750kV GIS中运行方式对快速暂态过电压的影响

随着超高压气体绝缘变电站(gasinsulated switchgear,GIS)的广泛使用,GIS中由隔离开关和断路器操作引起的快速暂态过电压(very fast transient voltage,VFTO)引发的绝缘事故越来越多。以西北地区750kV官亭GIS变电站为计算原型,利用电磁暂态程序对不同运行方式下GIS上的VFTO进行了数值仿真计算和分析。计算结果表明:单电源运行时VFTO幅值更高,带电出线越少VFTO越明显,线路越短VFTO幅值越高,操作离送电侧越近的隔离开关VFTO幅值越高。运行方式对750kV GIS中VFTO有较大影响。     

500 kV GIS变电站VFTO抑制措施研究

气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)具有绝缘性能好、占地面积小、检修周期长、运行安全可靠、不受外界环境影响等优点,得到了广泛应用.而GIS内部发生接地故障或隔离开关动作时,会产生高幅值、陡前沿的快速暂态过电压(VFTO),对GIS内部电气设备、外部连接设备及二次设备构成威胁,因此对VFTO抑制方法的研究已成为国内外普遍关注的重点问题.针对某500 kV交流超高压变电站GIS的VFTO抑制措施,利用ATP-EMTP电磁暂态分析软件对500 kVGIS变电站、金属氧化物避雷器、铁氧体磁环进行建模,并对500 kV GIS变电站内由故障或隔离开关动作等引起的VFTO的抑制方法进行探究.研究结果表明,在GIS的出线套管外装设避雷器后,VFTO幅值出现明显下降,避雷器降低GIS内各点VFTO幅值的效果随着各点与避雷器距离的增大而减弱,且避雷器不影响VFTO的陡度;在GIS隔离开关附近导杆处装设磁环后,能在降低VFTO幅值的同时,削弱VFTO的陡度;避雷器与磁环相结合,能极大降低VFTO幅值,并削弱其波形陡度,降低VFTO对GIS内外电气设备的威胁.     

Electromagnetic‐circuit co‐simulation of very fast transient overvoltage in gas‐insulated switches

The very fast transient overvoltage (VFTO) originating from operations of an isolating switch in a gas‐insulated switch (GIS) will cause dangerous interference to the switch and its peripherals. Aiming at the engineering issue, a collaborative simulation method by field‐circuit‐wave of VFTO radiation interference is proposed in this paper. With a combination of project cases, the GIS equivalent circuit is first extracted by means of quasistatic electromagnetic (EM) field analysis. Furthermore, the equivalent time‐varying voltage source of VFTO is obtained by associating the time‐varying resistance model of the switching arc and the broadband circuit method. Finally, using the transient full‐wave technique in the time domain, the spatial EM interference by VFTO is simulated. It turns out that this method has high significance to the high‐voltage switch design. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压的全过程测量方法

特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltages,VFTO）是超/特高压气体绝缘开关设备（gas insulatedswitchgear,GIS）设计和运行中十分关心的问题,试验研究VFTO的特性是非常必要的。VFTO包含特快速瞬态分量、工频分量和准直流分量（空载母线残余电荷电压）,其中VFTO的瞬态分量在GIS中以电压波的形式传播,致使不同位置的VFTO波形具有显著差异。因此,试验研究VFTO的关键是对VFTO时间过程和空间分布的全过程测量。研究了VFTO测量方法,采用手孔式电容传感器与阻抗变换器相结合的方法实现了全过程测量,研制出测量频带为0.003 Hz~100 MHz和波形记录时间为200 ms的测量系统;采用多个测量系统,并基于隔离开关触头间隙击穿时的电磁波辐射信号,研制出了同步触发装置,实现了对GIS上不同位置的VFTO空间分布的测量。     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。     

VFTO对GIS中电子式互感器的电磁干扰研究

针对气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）中特快速暂态过电压（VFTO）引起的电子式互感器电磁兼容问题,首先建立了基于逻辑判断的VFTO电磁骚扰源系统模型,对互感器端过电压信号的幅频特性进行了仿真分析,通过对比实验数据验证了系统模型的正确性;然后建立了GIS管道和电容分压型电子式电压互感器的三维模型,对VFTO产生的辐射干扰进行了仿真分析,辐射电磁场计算结果与已有文献报道的误差为8.3%。此外,通过优化互感器的物理结构进一步研究了VFTO辐射干扰的抑制措施,仿真结果表明所提措施的抑制率达到了72.4%。     

官亭750kV GIS隔离开关操作时的特快速暂态过电压实测研究

论文全面介绍了3种类型(内部、外部、瞬态外壳地电位)特快速暂态过电压(以下简称VFTO)的测试系统、方法和现场测试结果。750 kV GIS内部VFTO测试的一次传感器采用设备自带的内部传感器,二次传感器采用自主研制的高频响应同轴传感器;瞬态外壳地电位测试的采集系统采用高频TEK高压探头的测试设备。这两种类型VFTO测试采集系统均配备高频响应的阻抗变换器、光纤传输系统、记录系统等远距离传输测试系统;外部VFTO采用倒置式光纤测量原理和方法,配备所研发的整套采集、传输和记录系统。所有采集、测试系统均考虑现场测试的抗干扰设计。通过所研发的测试系统实测了750 kV官亭变隔离开关带电操作时的3种类型VFTO的测量结果,并进行了波形、数据分析,对实现750 kV和1 000 kV GIS中隔离开关正常带电操作具有重要的参考价值和指导意义。     

GIS电站内传导干扰计算模型的建立

为了仿真计算GIS电站内由开关操作在二次回路产生的传导干扰,提出了GIS传导干扰整体计算模型的概念,并建立了模型。在这个整体模型中,用有理函数建立了用于计算容性传导耦合的PT/CT的高频模型和用于计算阻性传导耦合的多端口地网模型。这些模型是基于实测数据采用矢量匹配法建立的。把这些有理函数模型植入EMTP后,不仅可以计算一次系统的特快速暂态过电压和暂态地电位升高,还可计算二次系统的干扰信号。     

特高压气体绝缘开关设备特快速瞬态过电压的试验回路研究

为研究特高压气体绝缘开关设备（gas insulatedswitchgear,GIS）中的特快速瞬态过电压（very fast transientovervoltage,VFTO）规律,需要建立全尺寸的真型模拟试验回路。计算了1000kV GIS变电站和模拟试验回路在不同接线方式下的VFTO,指出1000kV GIS的VFTO模拟试验回路宜带有分支母线,比国家标准和IEC标准规定的无分支母线的简单试验回路更严格,从而提出新的VFTO试验回路,并推荐了测点布置方案和试验隔离开关型式。对所建成的VFTO试验回路进行试验,结果表明：无论是从VFTO实测波形还是从统计规律上看,试验回路均达到了设计的预期,对研究VFTO的特性发挥了重要作用。     

2.5MV特快速瞬态过电压发生器

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）以其占地面积少、密封性好,受环境影响小,运行可靠、维修周期长等优点在中国电网中得到了广泛应用。在330kV以上电压等级的系统中,开关动作产生的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）对系统有很大危害。为满足特高压GIS中VFTO的模拟,利用6MV敞开式冲击电压发生器与陡化装置结合的方法,研制出一种模拟VFTO产生的装置。通过增加GIS母线长度来补偿回路固有电感的影响,以及通过控制陡化间隙的击穿电压来控制输出电压幅值,使该装置可以输出幅值为2.5MV、高频振荡达到35 MHz的电压波,能够满足特高压试验对VFTO模拟的要求。采用外加积分器方式,制作了一种锥形电容传感器来测量该装置产生的电压波,测试结果表明该电容传感器可以满足试验的要求。     

550 kV GIS变电站中VFTO仿真计算及抑制措施

在气体绝缘变电站GIS(gas insulated substation)中,隔离开关进行分合母线时引起的特快速暂态过电压VFTO(very fast transient overvoltage)威胁站内设备安全,深入认识VFTO的特点并提出适当的抑制措施对于保障GIS变电站的安全具有重要意义.选取深圳某550 kV ...     

GIS用电子式电压互感器的VFTO抑制方法研究

针对GIS中隔离开关操作产生的特快速暂态过电压(VFTO)导致有源电子式互感器采集卡损坏的问题,提出了一种新的VFTO抑制措施。首先研究电子式互感器中电容分压器的幅频特性,并推导出有源电子式互感器在高频条件下的分压比,通过计算得到作用于电子式互感器二次侧采集卡上的过电压幅值。进一步提出了在电子式互感器的电容分压器上插入同轴金属圆柱筒的方法,提高了电容分压器高频分压比,降低了VFTO的二次侧输出电压值。仿真结果表明,该方法大幅降低了VFTO作用于采集卡上的过电压,从而对采集卡形成保护,提高了电子式互感器运行的稳定性。