真空开关开断并联电容器组时操作过电压EMTP计算模型的设计与分析
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摘 要：根据真空开关开断并联电容器组时的操作过电压产生机理并结合电力系统的典型电路和试验数据，使用
Ｅ ｃｏ ａ ｅ Ｔａ ｉ ｔ ｒ （ Ｔ） ｌｔｍｇ ｔ ｒ ｓｎＰ ｇ ｍ Ｐ 建立了 ｅｒ ｎｉ ｎｅ ｒ ａ Ｅ ｃ ｏ Ｍ 能模拟这种过电 计算模型， 仿真 压的 进行 计算， 使用方便， 性和准 可靠
判断，这种方法在逻辑上比较复杂，而且使用的元件较多，不易懂，笔者采用将两个信号相乘
ＳＡ ＊Ｃ ２Ｆｒ ｎ ｅｅ （ｐ １＞ 方法， Ｃ Ｉ Ａ＜ｏｒ Ｓ ｔ ｎｔ ｅ 的 Ｓ ｔ ｔｍ ｔ ａ ａ ｙ ８ ） 将得到的 信号ＳＡ 信号 器＜ ｐｔ ｐ 判断 Ｃ 通过 选择 ＜ ｕＩｙｅ Ｉ ｆ ｎ （ ｔ ６＞信号 ０， 选择器的 三个输入 和另 个判断 均采用＜ｏｒ Ｓ ｔ ｅ（ｐ １ 输入， 信号 外一 信号 Ｆｒ ｎ ｅ ｎｔ ｅ ｔ ｔｍ ｔ ａ ａ ｙ ８ 》 分别为
１）来模拟真空开关弧隙介质的重击穿 （ ３ ＞ 括弧内为 Ｅ Ｔ 元件的名称和类型）。 ＭＰ
２ 真空开关开断并联电容器组时操作过电 压的计算模型
真空开关操作过电 压的 仿真计算， 关键在于对其分合条件的判断和仿真。３ 于拉普拉斯变换只适 ［ １ 由 用于用手算解较小的网络，而对于大型网络的计算机解用处不大，因此 Ｅ Ｐ ＭＴ 的仿真计算采用的是以 时间步长为△ｔ 逐步求解的方法，用以前时刻 ０ Ａｔ、 ，ｔ，……，直到ｔ ｔ 流和电压来求 ｔ ． ２ ， ｝ － 的电 Ａ 时
全国高等学校电力系统及其自 动化专业第十九届学术年会论文集
１９ － ４５
真空开关开断并联电容器组时操作过电压 ＥＴ 计算模型的设计与分析 ＭＰ
尹Biblioteka Baidu龙 程仲林 律方成 王永强
（ 华北电 力大学 电力工程系 河北保定 ０１ ３ ７０ ） ０
此时首开相电 源电 ： 压Ｕ 与电容器的电 压Ｕ均为最大值，即电 源电 压峰值Ｕ ， ｍ 并且反相， 这时断 路器的恢复电压Ｕ ＝ Ｕ 最大， ｝ ２、 电源通过串联电抗器向电容器充电，电 容器上将出现振荡电压，
全国高等学校电力系统及其自 动化专业第十九届学术年会论文集
１９ ４ ７
Ｕ ＝ ｍ ， ｏ 。 Ｕ ２ ｃｓ Ｕ ｏ（ｔ ｐ
０ １ １０ ， ， ， ，当Ｓ Ａ Ｏ Ｃ ＜ ，即两个时刻电流异号，电流过零时， 输出电流过零判断信号Ｉ Ｇ Ａ为０ Ｓ Ｎ Ｉ ，否 则为 １ 构成逻辑判断程序。 ， 这部分程序的原理是将开关触头间断ｔ ｔ － Ａ 时刻和ｔ 时刻的电弧电 流值进行 正负比 较， 如果正负不相同 （Ｃ ＜ ）， Ｓ Ａ Ｏ 说明 在时间步长△ 内电 ｔ 流过零，电 弧将熄灭，开关断开； 如 果正负相同 （Ｃ ＞ ）， Ｓ Ａ Ｏ 说明在时间步长△ｔ 内电流未过零， 开关仍然闭合； 而对于 （Ｃ ＝Ｏ 说明 Ｓ Ａ ）， 两个时刻的电弧电 流信号至少有一个为零， 可能是所取的电 流信号恰好处于零点或者开关断开， 流一 电 直为零， 对于第二种情况， 将在下面的开关分合控制模型的 设计中消除， 而对于第一种情况由 Ｍ Ｐ 于Ｅ Ｔ 的计算精度可以达到小数点后第四位， 因此恰好有一时刻为零的概率非常小， 两个时刻都为零的概率就 更小了， 而且即使出 现第一种情况， 在时间步长△ｔ ０吃时， 流在下一时间步长开断， ＝１ 电 只相当 于延
确性高
关键词：并联电容器组；真空开关：操作过电压：Ｅ Ｐ ＭＴ
０ 引言
并联电容器组作为电网中的一种容性负荷， 广泛应用于电网的无功补偿，以提高电网电压和功率因 数， 减小线路的损耗， 但是随着电力系统负载的变化， 为了调节无功， 必须相应的分合电容器组，由此
可能产生的操作过电 压将严重威胁并联电 容器组的绝缘， 虽然产生过电 压的 概率比 较小， 但是由 于分合 频繁， 事故仍时有发生。 在真空开关投入使用后， 这种情况得到改善， 但是由 于真空开关开断特性和电 弧特性与以往使用的断路器不尽相同， 使其开断并联电容器组时所产生的操作过电压也有了一些新的特
各点的电压波形如图 ６ 所示： ，７
’ ： ： ：
州 １叫 ｜ 。 一
２ 礴 ６ ８ １ ０ １２ １ ４ １６
ｔ「 引 －
图６ Ａ，Ｂ， Ｃ三相电容器组电压
已 二 弓 一络
０
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４
８
ｌｏ
－
１．
１．
１ －
图 ７ Ｂ Ｃ三相电容器侧及电容器组中性点对地电压 Ａ， ，
图４ 判断重击穿的计算模型
首先必须记录首开相第一次电 流过零即电 弧熄灭的时间Ｔ 用＜ ｏｐｎ ｔＣｒ ｉ ｐ ９＞ ， Ｃｕｌｇ ｉｕ（ ｅ 取首开 ｉ ｏ ｃｔ ｙ ｔ ３ 相的 状态Ｓ Ｓ ， Ｆｒ ｎ ｍｎｔｅ 将． Ｔ ＷＳ 通过一 加器 Ａｃ ｔ ｐ６） 开关 Ｗ Ａ用＜ｏｒ Ｓ ｔ ｅ（ｐ１＞ Ｎ ． Ａ ｔ ｔ ａ ａ ｔ ８ ｅ ｙ ） ＯＳ 个累 ＜ ｃｃｕ （ ｅ ｏｎｔ ５ ｙ ＞ 产生一个保持信号Ｈ Ｌ ，再将Ｔ Ｃ 中表示时间步长的内 ＯＤ ＡＳ 部信号 Ｄ Ｌ Ａ 通过另外一个累加器， 源 ＥＴ Ｔ
将上面产生 Ｈ Ｌ Ｏ Ｄ信号作为 Ｈ Ｌ 端的输入，即在电流没有过零时，开关一直处于闭合状态， ＯＤ Ｓ Ｓ ＝， Ｏ ． Ｓ ＝，Ｏ Ｄ Ｏ Ｗ Ａ Ｉ Ｔ Ｗ Ａ Ｏ Ｌ ＝， ． Ｓ Ｎ Ｈ 直到开关电弧首次 熄灭时刻，Ｎ Ｔ Ｗ Ａ １ Ｈ Ｌ －Ｉ Ｏ ． Ｓ ＝， Ｄ ， Ｓ Ｏ ＞ 这时第二个 累加器将停止累加，输出信号Ｔ即为第一次电弧熄灭的时间。 其他两相的开关设计与首开相基本相同， 只是重击穿时间不相同，可以 根据不同的需要进行设置。将 Ｔ Ｃ Ａ Ｓ中表示当前计算时间的内部信号源
迟 １ ６开断， ０Ｓ － 对过电 压的仿真和求解都无影响， 而且如果考虑这种情况，由 Ｍ Ｐ 于Ｅ Ｔ 计算机理问 题， 会在重击穿时刻因过零判断而出 现错误，引 起不必要的 麻烦，因 此对于 （Ｃ ＝ ） 开关仍然闭 ＳＡＯ ， 合。 以 上是电 流过零判断模型的建立， 使用的 元件少， 并可达到预期效果， 而且可用性强， 对于真空开
性。因此对这种操作过电压继续进行深入研究十分必要。
这种操作过电 压的产生机理及其定性分析己 在许多论著［２１有了大量的阐述， ［ ］中 １［ ］４ ［ 本文在此基础上， 运用Ｅ Ｔ 建立了 ＭＰ 适于对这种操作过电 压进行定量分析的计算模型， 并以 系统实测参数为例得出 计算
结果，验证了模型的准确性和可用性，为探讨抑制这种操作过电压的方法提供了依据。
ＴＭ Ｘ作为 ＩＥ 信号选择器＜ ｐｔ ｐ ６＞ ＜ ｕＩｔ ｅ 的一个判断信号， Ｉ ｆｙ ０ ｎ （ 信号选择器的三个输入信号和另外一个判断 信号 采用＜ｏｒ Ｓ ｔ ｅ（ｐ１＞ 成， 均 ＜ ｒａ ｔｅ ｎｔ ｅ 生 分别为。 １ ０ Ｔ０ １ 其中Ｔ０ １ 熄弧后半个周 Ｆ ｔｎ ｍ ｔ ８ ａ ｙ ） 、 ， ＋． ， ， ０ 十． 表示 ０ 期（ ｍ ）这部分程序的原理是当ＴＭ Ｘ等于设置的重击穿时间Ｔ ０ １ 重击穿判断信号Ｔ ＩＮ （ ｓ １ 。 Ｏ ＩＥ ＋． 时， ０ Ｓ Ａ Ｇ
态信号Ｓ Ａ和０ ＷＳ 作为判断信号，当Ｓ Ａ Ｏ 输入重击穿信号ＴＩＮ ， Ｗ Ａ Ｏ 输入 ＷＳ － 时， ＜ Ｓ Ａ 当Ｓ Ｓ ＞ 时， Ｇ 过零判断信号Ｉ Ｇ Ａ 这部分程序的原理是Ｓ Ａ Ｏ ＳＮ， Ｉ ＷＳ ＞ ，即开关处于闭 合状态时， Ｓ Ｎ ＴＩ Ａ不起作用， Ｇ 当电流过零时， Ｓ Ｎ ＩＩ Ａ使开关断开， Ｇ 仿真电弧的熄灭： ＷＳ ＜Ｏ Ｓ Ａ ，即开关断开后， ＳＧ Ａ不起作用， － Ｉ Ｎ Ｉ 当到达重击穿时刻， Ｓ Ｎ Ｔ Ｉ Ａ使开关闭 Ｇ 合， 仿真电 弧的重姗， 这样也可以 避免当电 流一直为零时产生的 误判断。这两个信号轮流对＜Ａ Ｓ ｔ（ｐ １ ＞ ＜ Ｃ ｓｉｈｙｅ 控制，仿真了电 熄灭和重燃。开关分合控制模 Ｔ ｗ ｃｔ ３ ） 弧的
亥的解，这是在设计开关模型的时候必须注意的。 ｄ
电力设备监测与故障诊断
Ｌ １电 外 甩 佩 蕊令 ｌ 刑 叮 ． ［ ｆ ｀ Ｊ
真空开关的高频熄弧能力很强， 能在高频电 流过零点熄弧，３ １ １ 但是由 Ｍ Ｐ 于Ｅ Ｔ 计算机理问 在数 题， 值计算中， 根据电流绝对值判断其是否过零是不适当的。 可行的办法是按时间步长△ｔ 来判断ｔ ｔ － 时刻 Ａ
其中：１ 一一一 Ａ ＇ 一一一 Ｂ ＇ 一一一Ｕ ＇ Ｕ Ｏ； ２ Ｕ ； Ｏ３ Ｃ ； Ｏ ４ ５ 一一一 Ａ ； Ｕ Ｏ 一一一Ｕ ； Ｂ ６ Ｏ 一一一Ｕ ； － － Ｃ ｏ ７ Ｕ ＇ ｏ － Ｏ 各点过电压最大值倍数分别为：
振荡角频率田 。
＝Ｌ ’ Ｃ
同时，弧隙中 将出现高频电流，其值为
，压 Ｕ。２Ｕｎ 现三倍过电压，如果电弧 一 一ｏ ｓｏｍ，即出 Ｃ 恰为最大值，Ｕ，ｔ 令 （ ． ｏ ｉ３ Ｃ ｍＵ 当 高频电 流第一次过零时，电 容器电 ＝
在高频电 流第一次过零时熄灭， 。 Ｕ将保持３ ｍ 此后在Ｂ Ｃ Ｕ， ， 相都会出 现操作过电 可能发生多相次 压， 的重击穿， 直到弧隙介质强度很高。重击穿模型设计如图４ 所示：
输出为 １ ，开关闭合，其他时间重击穿判断信号均为０ ，开关断开。
２ 开关分合控制 ． ３ 模型
以上产生的过零判断信号 Ｉ Ｇ Ａ和介质重击穿信号 Ｔ ＩＮ Ｓ Ｎ Ｉ Ｓ Ａ需在不同时刻输入到＜ Ａ Ｓ Ｇ ＜ Ｃ Ｔ
ｓｉ （ｐ １＞ Ａ Ｓ ｗｔ ｔ ｅ 的Ｔ Ｃ 控制端， 个信号作为 选择器 Ｉ ｕＩｔｅ 的 信号， ｃｙ ３ ｈ ） 将两 信号 ＜ ｐｔ ｐ６＞ 输入 ｎ ｆ （ ０ ｙ 将开关 状
型设计如图 ５ 所示：
图５ 开关分合控制模型
一１ ９ ４ ８－
电力设备监测与故障诊断
３ 计算实例
本文主要根据北方某变电 Ｉ Ｖ ４０Ｋ ａ并联补偿电 站 Ｏ ， ０ ｖｒ Ｋ ８ 容器组的等值电 路进行计算。 按图１ 中的 电 路将有关参数代入计算， 为了 便于观察操作过电 压倍数， 将各相电 压峰值设为 １Ｖ Ｋ ，可得到电 路中
关开断容性或感性设备都适用。 通常对最严峻的重击穿过电压的 开断容性设备有其特殊的 熄弧和重击穿 机理［２ 为了严格起见， ］ １１ ［ 弧隙介质发生击穿， 电弧重燃前的等效电路如图 产生进行仿真， 认为在电 即 弧电 流过零后半个周期时，
３ 所示：
２ 重击穿的 ． ２ 判断
、协
图 ３ Ａ相重击穿前的等效电路
和ｔ 时刻电弧电流的正负符号变化情况，当前后两个时刻的电流方向改变时，就可断定在这个△ｔ 内电 弧电流过零。电流过零判断的Ｔ Ｃ 模型设计如图２ ＡＳ 所示：
图２ 判断电流过零的计算模型
取流过开关Ａ相的电 流信号ＳＡ ＜ｏｐｎ ｔＣ ｃｉｙｅ 为Ｔ Ｃ 的 源， Ｃ ＩＣｕｌｇ ｉｕ（ｐ ９） Ａ Ｓ 信号 通过信号延迟 ｉ ｏ ｔ ｒ ｔ １ ＞ 器＜ ｒ ｓ ｙｙｅ 将Ｓ Ａ 延迟△ｔ 输出 Ｔａ ｄｌ （ｐ５》 Ｃ Ｔ ｎｅ ｔ ３ ａ ， 延迟后信号Ｓ Ａ ， Ｃ ２ 相当于ｔ 时 － Ｏｔ 刻的电 流信号，即可 对两个时刻电 流信号的正负性进行判断， 在一些资料中通常采用先判断电流信号的正负性， 再相加进行
１ 等效计算电 路
｝吓 ｝叮 ｝。
写 汽
图 １ 开断并联电容器组的等效电路
其中Ｌ：电 源内电感： ｓ 源侧对地电 ｓ Ｃ：电 容： ： Ｋ 真空断路器； ：串 Ｌ 联电 抗器； ： Ｒ 回路损耗等效
电 Ｃ 连 及电 器 对 容 和： ： 容 的 相 值电 Ｃ： 容 中 点 地电 阻； ｉ 线 容 组 地电 之 Ｃ 电 器 单 等 容； ｏ 电 器组 性 对 容。 ： 在仿真过程中， 假设Ａ相为首开相并 且忽略弧道电 因 阻， 而可以 Ｍ Ｐ ＜Ａ Ｓ ｃｔ ｅ 用Ｅ Ｔ 中的 ｐＣ ｓｉｈｙ ｗｔ（ｐ
Ｅ ｃｏ ａ ｅ Ｔａ ｉ ｔ ｒ （ Ｔ） ｌｔｍｇ ｔ ｒ ｓｎＰ ｇ ｍ Ｐ 建立了 ｅｒ ｎｉ ｎｅ ｒ ａ Ｅ ｃ ｏ Ｍ 能模拟这种过电 计算模型， 仿真 压的 进行 计算， 使用方便， 性和准 可靠
判断，这种方法在逻辑上比较复杂，而且使用的元件较多，不易懂，笔者采用将两个信号相乘
ＳＡ ＊Ｃ ２Ｆｒ ｎ ｅｅ （ｐ １＞ 方法， Ｃ Ｉ Ａ＜ｏｒ Ｓ ｔ ｎｔ ｅ 的 Ｓ ｔ ｔｍ ｔ ａ ａ ｙ ８ ） 将得到的 信号ＳＡ 信号 器＜ ｐｔ ｐ 判断 Ｃ 通过 选择 ＜ ｕＩｙｅ Ｉ ｆ ｎ （ ｔ ６＞信号 ０， 选择器的 三个输入 和另 个判断 均采用＜ｏｒ Ｓ ｔ ｅ（ｐ １ 输入， 信号 外一 信号 Ｆｒ ｎ ｅ ｎｔ ｅ ｔ ｔｍ ｔ ａ ａ ｙ ８ 》 分别为
１）来模拟真空开关弧隙介质的重击穿 （ ３ ＞ 括弧内为 Ｅ Ｔ 元件的名称和类型）。 ＭＰ
２ 真空开关开断并联电容器组时操作过电 压的计算模型
真空开关操作过电 压的 仿真计算， 关键在于对其分合条件的判断和仿真。３ 于拉普拉斯变换只适 ［ １ 由 用于用手算解较小的网络，而对于大型网络的计算机解用处不大，因此 Ｅ Ｐ ＭＴ 的仿真计算采用的是以 时间步长为△ｔ 逐步求解的方法，用以前时刻 ０ Ａｔ、 ，ｔ，……，直到ｔ ｔ 流和电压来求 ｔ ． ２ ， ｝ － 的电 Ａ 时
全国高等学校电力系统及其自 动化专业第十九届学术年会论文集
１９ － ４５
真空开关开断并联电容器组时操作过电压 ＥＴ 计算模型的设计与分析 ＭＰ
尹Biblioteka Baidu龙 程仲林 律方成 王永强
（ 华北电 力大学 电力工程系 河北保定 ０１ ３ ７０ ） ０
此时首开相电 源电 ： 压Ｕ 与电容器的电 压Ｕ均为最大值，即电 源电 压峰值Ｕ ， ｍ 并且反相， 这时断 路器的恢复电压Ｕ ＝ Ｕ 最大， ｝ ２、 电源通过串联电抗器向电容器充电，电 容器上将出现振荡电压，
全国高等学校电力系统及其自 动化专业第十九届学术年会论文集
１９ ４ ７
Ｕ ＝ ｍ ， ｏ 。 Ｕ ２ ｃｓ Ｕ ｏ（ｔ ｐ
０ １ １０ ， ， ， ，当Ｓ Ａ Ｏ Ｃ ＜ ，即两个时刻电流异号，电流过零时， 输出电流过零判断信号Ｉ Ｇ Ａ为０ Ｓ Ｎ Ｉ ，否 则为 １ 构成逻辑判断程序。 ， 这部分程序的原理是将开关触头间断ｔ ｔ － Ａ 时刻和ｔ 时刻的电弧电 流值进行 正负比 较， 如果正负不相同 （Ｃ ＜ ）， Ｓ Ａ Ｏ 说明 在时间步长△ 内电 ｔ 流过零，电 弧将熄灭，开关断开； 如 果正负相同 （Ｃ ＞ ）， Ｓ Ａ Ｏ 说明在时间步长△ｔ 内电流未过零， 开关仍然闭合； 而对于 （Ｃ ＝Ｏ 说明 Ｓ Ａ ）， 两个时刻的电弧电 流信号至少有一个为零， 可能是所取的电 流信号恰好处于零点或者开关断开， 流一 电 直为零， 对于第二种情况， 将在下面的开关分合控制模型的 设计中消除， 而对于第一种情况由 Ｍ Ｐ 于Ｅ Ｔ 的计算精度可以达到小数点后第四位， 因此恰好有一时刻为零的概率非常小， 两个时刻都为零的概率就 更小了， 而且即使出 现第一种情况， 在时间步长△ｔ ０吃时， 流在下一时间步长开断， ＝１ 电 只相当 于延
确性高
关键词：并联电容器组；真空开关：操作过电压：Ｅ Ｐ ＭＴ
０ 引言
并联电容器组作为电网中的一种容性负荷， 广泛应用于电网的无功补偿，以提高电网电压和功率因 数， 减小线路的损耗， 但是随着电力系统负载的变化， 为了调节无功， 必须相应的分合电容器组，由此
可能产生的操作过电 压将严重威胁并联电 容器组的绝缘， 虽然产生过电 压的 概率比 较小， 但是由 于分合 频繁， 事故仍时有发生。 在真空开关投入使用后， 这种情况得到改善， 但是由 于真空开关开断特性和电 弧特性与以往使用的断路器不尽相同， 使其开断并联电容器组时所产生的操作过电压也有了一些新的特
各点的电压波形如图 ６ 所示： ，７
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２ 礴 ６ ８ １ ０ １２ １ ４ １６
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图６ Ａ，Ｂ， Ｃ三相电容器组电压
已 二 弓 一络
０
２
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１．
１．
１ －
图 ７ Ｂ Ｃ三相电容器侧及电容器组中性点对地电压 Ａ， ，
图４ 判断重击穿的计算模型
首先必须记录首开相第一次电 流过零即电 弧熄灭的时间Ｔ 用＜ ｏｐｎ ｔＣｒ ｉ ｐ ９＞ ， Ｃｕｌｇ ｉｕ（ ｅ 取首开 ｉ ｏ ｃｔ ｙ ｔ ３ 相的 状态Ｓ Ｓ ， Ｆｒ ｎ ｍｎｔｅ 将． Ｔ ＷＳ 通过一 加器 Ａｃ ｔ ｐ６） 开关 Ｗ Ａ用＜ｏｒ Ｓ ｔ ｅ（ｐ１＞ Ｎ ． Ａ ｔ ｔ ａ ａ ｔ ８ ｅ ｙ ） ＯＳ 个累 ＜ ｃｃｕ （ ｅ ｏｎｔ ５ ｙ ＞ 产生一个保持信号Ｈ Ｌ ，再将Ｔ Ｃ 中表示时间步长的内 ＯＤ ＡＳ 部信号 Ｄ Ｌ Ａ 通过另外一个累加器， 源 ＥＴ Ｔ
将上面产生 Ｈ Ｌ Ｏ Ｄ信号作为 Ｈ Ｌ 端的输入，即在电流没有过零时，开关一直处于闭合状态， ＯＤ Ｓ Ｓ ＝， Ｏ ． Ｓ ＝，Ｏ Ｄ Ｏ Ｗ Ａ Ｉ Ｔ Ｗ Ａ Ｏ Ｌ ＝， ． Ｓ Ｎ Ｈ 直到开关电弧首次 熄灭时刻，Ｎ Ｔ Ｗ Ａ １ Ｈ Ｌ －Ｉ Ｏ ． Ｓ ＝， Ｄ ， Ｓ Ｏ ＞ 这时第二个 累加器将停止累加，输出信号Ｔ即为第一次电弧熄灭的时间。 其他两相的开关设计与首开相基本相同， 只是重击穿时间不相同，可以 根据不同的需要进行设置。将 Ｔ Ｃ Ａ Ｓ中表示当前计算时间的内部信号源
迟 １ ６开断， ０Ｓ － 对过电 压的仿真和求解都无影响， 而且如果考虑这种情况，由 Ｍ Ｐ 于Ｅ Ｔ 计算机理问 题， 会在重击穿时刻因过零判断而出 现错误，引 起不必要的 麻烦，因 此对于 （Ｃ ＝ ） 开关仍然闭 ＳＡＯ ， 合。 以 上是电 流过零判断模型的建立， 使用的 元件少， 并可达到预期效果， 而且可用性强， 对于真空开
性。因此对这种操作过电压继续进行深入研究十分必要。
这种操作过电 压的产生机理及其定性分析己 在许多论著［２１有了大量的阐述， ［ ］中 １［ ］４ ［ 本文在此基础上， 运用Ｅ Ｔ 建立了 ＭＰ 适于对这种操作过电 压进行定量分析的计算模型， 并以 系统实测参数为例得出 计算
结果，验证了模型的准确性和可用性，为探讨抑制这种操作过电压的方法提供了依据。
ＴＭ Ｘ作为 ＩＥ 信号选择器＜ ｐｔ ｐ ６＞ ＜ ｕＩｔ ｅ 的一个判断信号， Ｉ ｆｙ ０ ｎ （ 信号选择器的三个输入信号和另外一个判断 信号 采用＜ｏｒ Ｓ ｔ ｅ（ｐ１＞ 成， 均 ＜ ｒａ ｔｅ ｎｔ ｅ 生 分别为。 １ ０ Ｔ０ １ 其中Ｔ０ １ 熄弧后半个周 Ｆ ｔｎ ｍ ｔ ８ ａ ｙ ） 、 ， ＋． ， ， ０ 十． 表示 ０ 期（ ｍ ）这部分程序的原理是当ＴＭ Ｘ等于设置的重击穿时间Ｔ ０ １ 重击穿判断信号Ｔ ＩＮ （ ｓ １ 。 Ｏ ＩＥ ＋． 时， ０ Ｓ Ａ Ｇ
态信号Ｓ Ａ和０ ＷＳ 作为判断信号，当Ｓ Ａ Ｏ 输入重击穿信号ＴＩＮ ， Ｗ Ａ Ｏ 输入 ＷＳ － 时， ＜ Ｓ Ａ 当Ｓ Ｓ ＞ 时， Ｇ 过零判断信号Ｉ Ｇ Ａ 这部分程序的原理是Ｓ Ａ Ｏ ＳＮ， Ｉ ＷＳ ＞ ，即开关处于闭 合状态时， Ｓ Ｎ ＴＩ Ａ不起作用， Ｇ 当电流过零时， Ｓ Ｎ ＩＩ Ａ使开关断开， Ｇ 仿真电弧的熄灭： ＷＳ ＜Ｏ Ｓ Ａ ，即开关断开后， ＳＧ Ａ不起作用， － Ｉ Ｎ Ｉ 当到达重击穿时刻， Ｓ Ｎ Ｔ Ｉ Ａ使开关闭 Ｇ 合， 仿真电 弧的重姗， 这样也可以 避免当电 流一直为零时产生的 误判断。这两个信号轮流对＜Ａ Ｓ ｔ（ｐ １ ＞ ＜ Ｃ ｓｉｈｙｅ 控制，仿真了电 熄灭和重燃。开关分合控制模 Ｔ ｗ ｃｔ ３ ） 弧的
亥的解，这是在设计开关模型的时候必须注意的。 ｄ
电力设备监测与故障诊断
Ｌ １电 外 甩 佩 蕊令 ｌ 刑 叮 ． ［ ｆ ｀ Ｊ
真空开关的高频熄弧能力很强， 能在高频电 流过零点熄弧，３ １ １ 但是由 Ｍ Ｐ 于Ｅ Ｔ 计算机理问 在数 题， 值计算中， 根据电流绝对值判断其是否过零是不适当的。 可行的办法是按时间步长△ｔ 来判断ｔ ｔ － 时刻 Ａ
其中：１ 一一一 Ａ ＇ 一一一 Ｂ ＇ 一一一Ｕ ＇ Ｕ Ｏ； ２ Ｕ ； Ｏ３ Ｃ ； Ｏ ４ ５ 一一一 Ａ ； Ｕ Ｏ 一一一Ｕ ； Ｂ ６ Ｏ 一一一Ｕ ； － － Ｃ ｏ ７ Ｕ ＇ ｏ － Ｏ 各点过电压最大值倍数分别为：
振荡角频率田 。
＝Ｌ ’ Ｃ
同时，弧隙中 将出现高频电流，其值为
，压 Ｕ。２Ｕｎ 现三倍过电压，如果电弧 一 一ｏ ｓｏｍ，即出 Ｃ 恰为最大值，Ｕ，ｔ 令 （ ． ｏ ｉ３ Ｃ ｍＵ 当 高频电 流第一次过零时，电 容器电 ＝
在高频电 流第一次过零时熄灭， 。 Ｕ将保持３ ｍ 此后在Ｂ Ｃ Ｕ， ， 相都会出 现操作过电 可能发生多相次 压， 的重击穿， 直到弧隙介质强度很高。重击穿模型设计如图４ 所示：
输出为 １ ，开关闭合，其他时间重击穿判断信号均为０ ，开关断开。
２ 开关分合控制 ． ３ 模型
以上产生的过零判断信号 Ｉ Ｇ Ａ和介质重击穿信号 Ｔ ＩＮ Ｓ Ｎ Ｉ Ｓ Ａ需在不同时刻输入到＜ Ａ Ｓ Ｇ ＜ Ｃ Ｔ
ｓｉ （ｐ １＞ Ａ Ｓ ｗｔ ｔ ｅ 的Ｔ Ｃ 控制端， 个信号作为 选择器 Ｉ ｕＩｔｅ 的 信号， ｃｙ ３ ｈ ） 将两 信号 ＜ ｐｔ ｐ６＞ 输入 ｎ ｆ （ ０ ｙ 将开关 状
型设计如图 ５ 所示：
图５ 开关分合控制模型
一１ ９ ４ ８－
电力设备监测与故障诊断
３ 计算实例
本文主要根据北方某变电 Ｉ Ｖ ４０Ｋ ａ并联补偿电 站 Ｏ ， ０ ｖｒ Ｋ ８ 容器组的等值电 路进行计算。 按图１ 中的 电 路将有关参数代入计算， 为了 便于观察操作过电 压倍数， 将各相电 压峰值设为 １Ｖ Ｋ ，可得到电 路中
关开断容性或感性设备都适用。 通常对最严峻的重击穿过电压的 开断容性设备有其特殊的 熄弧和重击穿 机理［２ 为了严格起见， ］ １１ ［ 弧隙介质发生击穿， 电弧重燃前的等效电路如图 产生进行仿真， 认为在电 即 弧电 流过零后半个周期时，
３ 所示：
２ 重击穿的 ． ２ 判断
、协
图 ３ Ａ相重击穿前的等效电路
和ｔ 时刻电弧电流的正负符号变化情况，当前后两个时刻的电流方向改变时，就可断定在这个△ｔ 内电 弧电流过零。电流过零判断的Ｔ Ｃ 模型设计如图２ ＡＳ 所示：
图２ 判断电流过零的计算模型
取流过开关Ａ相的电 流信号ＳＡ ＜ｏｐｎ ｔＣ ｃｉｙｅ 为Ｔ Ｃ 的 源， Ｃ ＩＣｕｌｇ ｉｕ（ｐ ９） Ａ Ｓ 信号 通过信号延迟 ｉ ｏ ｔ ｒ ｔ １ ＞ 器＜ ｒ ｓ ｙｙｅ 将Ｓ Ａ 延迟△ｔ 输出 Ｔａ ｄｌ （ｐ５》 Ｃ Ｔ ｎｅ ｔ ３ ａ ， 延迟后信号Ｓ Ａ ， Ｃ ２ 相当于ｔ 时 － Ｏｔ 刻的电 流信号，即可 对两个时刻电 流信号的正负性进行判断， 在一些资料中通常采用先判断电流信号的正负性， 再相加进行
１ 等效计算电 路
｝吓 ｝叮 ｝。
写 汽
图 １ 开断并联电容器组的等效电路
其中Ｌ：电 源内电感： ｓ 源侧对地电 ｓ Ｃ：电 容： ： Ｋ 真空断路器； ：串 Ｌ 联电 抗器； ： Ｒ 回路损耗等效
电 Ｃ 连 及电 器 对 容 和： ： 容 的 相 值电 Ｃ： 容 中 点 地电 阻； ｉ 线 容 组 地电 之 Ｃ 电 器 单 等 容； ｏ 电 器组 性 对 容。 ： 在仿真过程中， 假设Ａ相为首开相并 且忽略弧道电 因 阻， 而可以 Ｍ Ｐ ＜Ａ Ｓ ｃｔ ｅ 用Ｅ Ｔ 中的 ｐＣ ｓｉｈｙ ｗｔ（ｐ