特高压交流开关型可控避雷器的参数选择和样机研制

鉴于特高压交流输电系统深度降低操作过电压的迫切需求,及目前操作过电压常规限制措施——断路器加装合闸电阻和常规避雷器在经济性和运行可靠性方面存在的不足,提出一种自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法。该方法的核心内容是将在变电站线路侧安装可控避雷器和在线路中部安装常规避雷器结合起来,深度降低操作过电压,取消断路器合闸电阻。可控避雷器技术是操作过电压柔性限制方法的核心,目前主要聚焦于特高压交流开关型可控避雷器技术研究。阐述了开关型可控避雷器技术的工作原理;给出特高压交流开关型可控避雷器的参数选择,包括额定电压、可控比、避雷器本体参数和控制单元(包括控制开关和控制器)参数等;研制出避雷器本体、控制单元和控制器;在此基础上,经过整体集成,研制出可控比为15%的特高压交流开关型可控避雷器样机。并对样机开展了电气性能试验研究,充分验证了开关型可控避雷器的可行性和可靠性。可控避雷器的研制成功为特高压交流输电系统操作过电压限制提供了一种新技术,可显著提高工程的经济性和可靠性。     

1 000 kV输电线路同期合闸过电压的研究

随着电网电压等级的提高,对输电线路操作过电压允许值提出了更加苛刻的要求。国内外超高压系统中用得最多的利用避雷器与合闸电阻限制操作过电压的方法,在特高压系统中还能不能得到满足呢?文中利用ATP-EMTP软件分别对国内第1条特高压交流输电试验示范工程———晋东—南阳—荆门特高压交流输电工程中的1 000 kV输电线路使用避雷器和合闸电阻限制同期合闸过电压进行了分析研究,仿真结果表明利用多级合闸电阻与在线路两端和中部同时安装避雷器的方法效果最好。     

国内信息

特高压雷电屏蔽技术研究获国家自然科学基金委A级评价由中国电力科学研究院承担的国家自然科学基金重点项目——"特高压输电系统操作过电压柔性限制技术和雷电屏蔽技术基础研究"通过验收。专家组对项目成果给予A级(最高级)评价。该项目针对可控避雷器的控     

特高压可控避雷器参数配置及控制策略

可控避雷器通过动态改变伏安特性可实现操作过电压的深度限制,进而取消特高压系统断路器合闸电阻,提高工程经济性和可靠性。该文研究了可控避雷器对合闸操作过电压幅值、分布、波形等特性的影响;研究了可控避雷器参数在不同系统条件、线路长度下的适应性,提出取消断路器合闸电阻的可控避雷器参数配置方案;分析了可控避雷器的控制策略和实现方法;研究了可控避雷器在不同参数、不同工况下的工作条件。研究结果表明:长度400 km以内的特高压线路,采用15%～25%可控比的可控避雷器,可将合闸操作过电压限制在允许范围;可通过监测线路电压判断线路状态进而实现可控避雷器的控制;在所提出的参数配置和控制策略下,可控避雷器能耗、工频电压耐受均满足要求。     

沿线多组避雷器深度限制特高压操作过电压

为解决深度限制特高压操作过电压水平,以我国即将建设的晋城—南阳—荆州1000kV线路工程为背景,结合国外对操作过电压水平的研究,利用电磁暂态计算程序PSCAD/EMTDC分别计算了沿线装设多组避雷器对三相合空线、单相自动重合闸以及故障激发等操作过电压的限制效果;研究了沿线装设多组避雷器深度限制操作过电压。计算表明,如果不装沿线避雷器,三相合空线、单相自动重合闸以及故障激发操作过电压最大值分别为1.83、1.83和1.53p.u.,而采用沿线装多组避雷器的方法可将上述3种特高压系统操作过电压抑制到<1.5p.u.。另外,随着避雷器组数的增加,通过避雷器的总能量增加,但单个避雷器的通流容量下降。     

深度限制特高压系统操作过电压的可行性分析

为了深度限制特高压系统操作过电压、降低特高压设备造价及制造技术瓶颈,以淮南—皖南1 000 kV特高压工程为例,通过电磁暂态计算,对采用两端装设避雷器、合闸电阻与两端避雷器配合、沿线布置一台避雷器以及沿线布置多台避雷器等深度限制过电压方式进行了分析,比较了上述不同方法对操作过电压的限制效果,并从热稳定及老化性能、工频电压耐受特性、能量吸收能力3个方面进行了可行性分析。采用先进的避雷器技术,可将操作过电压水平从1.6U_0~1.7U_0降低到1.2U_0~1.3U_0(U_0=898 kV),实现深度限制操作过电压的目的。     

多级合闸电阻限制1000 kV输电线路操作过电压的研究

电网电压等级的提高对输电线路操作过电压允许值提出了更加严格的要求。国内外超高压系统中普遍采用的附加单级合闸电阻限制操作过电压的方法,在特高压系统中已经很难满足。作者提出采用多级合闸电阻限制特高压线路的操作过电压,并用ATP-EMTP软件对国内第一条特高压交流输电试验示范工程晋东-南阳-荆门特高压交流输电工程中的1000kV输电线路操作过电压进行了分析研究,仿真结果与理论计算值相当接近。     

我国电网采用特高压送电方案的研究——过电压及绝缘配合部分

按２０１０年华中、华东５００ｋＶ网架和选定的１１５０ｋＶ特高压网络接线方案，对特高压输电进行了过电压和绝缘配合的研究。计算表明，过电压水平较高，当改变保护操作方式后，过电压水平得到降低，采用可控并联电抗器，是进一步降低过电压水平重要措施之一。根据我国金属氧化物避雷器（ＭＯＡ）制造水平，拟定了特高压ＭＯＡ主要特性参数，以确定特高压电气设备绝缘水平，从而利于开展特高压输电的研究工作。     

可控金属氧化物避雷器操作冲击动作特性试验方法

可控金属氧化物避雷器(简称可控避雷器)是一种可以深度降低特高压交流输电系统操作过电压的新型设备,现有的避雷器试验方法无法检验其在操作冲击下的动作特性。为此,分析了可控避雷器在操作冲击下的动作特性,设计了检验可控开关动作时延和可控开关动作前后避雷器残压这两个动作特性的试验方法,采用操作冲击电流和操作冲击电压分别进行了试验。通过在现有残压试验回路中并联调波电容实现了冲击电流试验方法。采用冲击电压发生器及其调节和测试回路实现了冲击电压试验方法。研制了一种110kV电压等级的可控避雷器模型,利用该模型开展了试验研究;结果表明,可控避雷器在操作冲击电压下能够可靠动作。与常规避雷器相比,在相同电流下,可控避雷器模型的残压降低幅度与设计可控比(25%)接近,所设计的可控避雷器模型具有预期的限压效果。验证了提出的可控避雷器动作特性试验方法的有效性。     

深度限制特高压系统操作过电压对避雷器的要求

为了更好地限制操作过电压,以淮南—皖南1 000 k V特高压工程为例,对两端装设避雷器、合闸电阻与两端避雷器配合、沿线布置1台避雷器以及沿线布置多台避雷器等方式进行了电磁暂态计算,通过比较普通避雷器、高荷电率避雷器和低残压避雷器的应用效果,提出了深度限制操作过电压对避雷器在残压、荷电率、工频过电压耐受能力和能量吸收能力等方面的相应技术要求,当使用1.4倍额定电压的低残压避雷器时,可将系统操作过电压降低到1.3~1.4倍额定电压的水平;如能使用1.3倍额定电压的低残压避雷器,并沿线配置3台时,可将系统操作过电压降低到1.2~1.3倍额定电压,实现深度抑制操作过电压的目的。     

特高压输电线甩负荷引起的过电压叠加及其防护

为了分析特高压系统甩负荷时线路过压情况,基于发电机dq0方程和10阶链型回路的高精度架空线路模型,建立差分方程,对特高压长距离输电线突然甩负荷引起的操作过电压情况以及自励磁与操作过电压叠加的情况进行了分析和数字仿真,通过对比2种情况.发现叠加过电压的严重性大于单纯操作过电压提出并研究了利用金属氧化物避雷器来限制这种叠加过电压的方法.利用数字仿真证明了这种措施的可行性。仿真结果表明,金属氧化物避雷器能够将叠加过电压限制在安全范围内。     

特高压半波长交流输电线路电磁暂态仿真

特高压半波长交流输电线路送端和受端电压相差不大,沿线电压分布比较均匀,理论上是较理想又经济的长距离大容量输电方式。要实现特高压半波长交流输电,需要解决许多关键技术问题,如抑制工频过电压、操作过电压、不对称接地故障过电压以及解决潜供电流大和恢复电压高等问题。为此,建立了特高压半波长输电系统研究模型,进行了基于单一电厂通过特高压半波长输电线路向大系统送电方式下的电磁暂态仿真。仿真结果表明半波长线路沿线每100km需安装3组避雷器、全线分段安装7组高速接地开关(HSGS)或采用三相重合闸能有效抑制工频过电压、操作过电压和潜供电流。     

避雷器代替750kV线路合闸电阻

为满足操作过电压设计限值的要求而使用合闸电阻存在诸多缺点,针对西北电网新建750 kV输电线路过电压水平,对沿线增设1组避雷器取代合闸电阻的想法进行了研究。以即将建成的兰州东-银川东750 kV输电线路工程为背景,利用电磁暂态计算程序(PSCAD/EMTDC)分别计算了沿线装设1组避雷器时,线路三相合空线、单相自动重合闸操作过电压水平。研究结果表明,不采取任何限制措施时,线路三相合空线和单相重合闸操作过电压标么值分别为1.94、2.01,超过线路设计要求1.80,而采用一组避雷器代替线路合闸电阻的方案后,则可改善线路过电压分布情况,并将过电压水平降至设计值1.80以下(三相合空线和单相重合闸操作过电压标么值分别为1.79、1.78)。     

特高压并联电抗器中性点小电抗的过电压及绝缘水平分析

为了提高特高压输电系统的可靠性和安全性,利用EMTP建立了1000 kV典型输电系统的仿真模型.分别针对工频、操作和雷电过电压情况下中性点小电抗的过电压进行了计算分析,研究了并联电抗器和金属氧化物避雷器对过电压的抑制效果,重点分析了并联电抗器中性点小电抗的过电压,并对其绝缘水平进行了核算.实验发现:并联电抗器可有效抑制...     

±800kV特高压换流站直流侧操作过电压的仿真与研究

根据国内外现有的资料,利用PSCAD/EMTDC软件,建立了一个较完整的换流站操作过电压计算模型,研究了有关操作和故障情况下±800 kV换流站直流侧可能出现的操作过电压。计算换流站主要设备典型故障工况时,对交流母线、直流线路、中性母线等设备可能产生的最大操作过电压水平进行了分析,还针对避雷器配置方法以及有避雷器和无避雷器时的过电压计算进行了研究。仿真计算结果表明,其有利于进一步分析特高压直流输电系统中因交直流系统故障引起的操作过电压大小以及相应绝缘水平的确定。     

1000kV交流输电线路的故障激发过电压研究

在简述1000kV特高压输电线路故障激发过电压的基础上,研究了国家电网公司规划建设的晋东南-南阳-荆门单回百万伏级输变电工程在线路上单相或多相接地或相间故障引起的过电压和故障切除时的过电压两种情况下由故障激发的操作过电压,并提出了包括沿线装设氧化锌避雷器、使用可控并联电抗器以及装设并联开关电阻等限制故障过电压水平的措施。仿真计算表明,并联电抗器补偿容量越大,故障激发过电压越低;而仅在线路两端装设避雷器可在一定程度上降低单相重合闸故障引起的过电压,但过电压水平仍然比较高,还需要进一步采取措施;如同时使用并联合闸电阻和氧化锌避雷器,则能明显限制故障激发过电压的水平。     

特高压交流输电线路串联补偿合闸操作过电压研究

采用串联补偿能够有效地提高特高压交流输电线路的输电能力和系统的稳定性,但同时也会影响输电线路的电压特性。以中国特高压交流示范工程为背景,采用电磁暂态计算程序ATP-EMTP,对含有串联补偿装置的特高压交流输电线路的合闸操作过电压进行了计算分析。计算结果表明:加装串联补偿电容器可以降低操作过电压;串联补偿电容器的位置越靠近线路首端限压效果越好,其补偿度越大限压效果越好;采用相应的限压措施,可以将空载线路合闸过电压和单相重合闸过电压分别限制在1.34 p.u.和1.36 p.u.。     

750kV宝鸡至乾县送变电工程内过电压研究

本文介绍了宝鸡—乾县750kV同杆双回交流输电线路同塔双回线路内过电压的计算结果。选择了高抗中性点小电抗和线路接地刀闸的参数。提出了线路侧避雷器的额定电压选为600kV,以降低线路侧操作和雷电过电压的保护水平,减少避雷器备品和备件的建议。探讨了取消750kV同杆双回交流输电线路断路器合闸电阻的可行性。