开题报告快速暂态过电压

本科生毕业设计（论文）开题报告

论文题目：超高压GIS中快速暂态过电压及其影响因

素的研究

学院：信息科学与工程学院

专业班级：通信工程0902班

学生姓名：代晓娣

学号：*********

导师姓名：刘振宇

开题时间：2013年3月1日

一. 课题的背景及意义

1．课题的国内外研究动态、目前的水平及发展趋势；

气体绝缘开关装置( Gas Insulated Switch-gears ,简称GIS)，GIS将断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器和连接的母线等封闭在金属壳内，充以SF6气体，作为相间和对地的绝缘。其中的隔离开关在分合空母线时,由于触头运动速度慢,开关灭弧性能差,故触头间隙间会发生多次重燃。DS触头间隙两端的电压再几个纳秒内突然跌落，电压陡波在GIS 内不断的产生行波，来回传播，并且发生复杂的折射、反射和叠加，从而形成了复制很高的快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage ,简称VFTO)[1,2]。

20世纪60年代以来，GIS以其占地面积小、不受环境条件影响、运行可靠、维护工作量小等优点而广泛应用于电力系统中。随着GIS电压等级的提高，因GIS中隔离开关、接地开关和断路器的例行操作引起的VFTO造成的事故也逐渐增多，受到人们越来越多的关注。关于GIS中VFTO的产生、特点及其影响因素、以及对GIS绝缘和相连设备影响的研究，已成为国际高压电领域一个重要的研究课题。

随着超高压GIS在20世纪70年代末期的出现及我国2005年第一条750 kV 线路的正式投入运行及百万伏电网的全面启动，VFTO现象及其危害已引起电力科研、设计、建设和运行工作者的高度重视，并进行了一定程度的研究．国外在VFTO的产生机理和GIS中VFTO的计算研究已较为成熟，在GIS中VFTO 的现场测试研究、VFTO下电气设备绝缘特性、GIS中限制VFTO的措施等研究方面还有待于进一步深入研究[3]。

国外从20世纪80年代就开始进行VFTO的研究，而我国却推迟了十几年，所以在VFTO的研究上与国外存在一定的差距。近年来国内着力研究超高压GIS中的快速暂态过电压的影响因素，由此探讨出抑制VFTO的方法，如今已有显著的成果。影响因素主要分为高压断路器的断口电容、被开断母线长度及残余电荷电压等GIS内部因素，和主变入口电容、高压电缆长度及波阻抗等外部因素，此外，开关弧道电阻的大小、电缆的长度以及是否采用氧化锌避雷器，它们对VFTO都有一定的抑制作用[4-6]。目前，国内还不能独立设计

制造附带内部高频传感器的GIS产品，还需借助国外生产厂家的力量。国内再VFTO的抑制措施和测量方面做了很多的研究工作，预计在不久的将来将会转化成产品到实际中去。

2.课题的研究的目的、意义及工作设想

在电力系统中，SF6气体绝缘变电站(GIS)中的隔离开关在分合母线时，由于触头运动速度慢，开关本身的灭弧性能差，故触头间隙会发生多次重燃，引起高频振荡，形成上升时间极短的快速暂态过电压(VFTO)[7]。由于GIS系统内外装备的布局、管道传输损失、集肤效应等引起行波折射、反射不同，且VFTO 的波头陡度很大，即使相距很近的两个设备VFTO波形，也可能出现明显的不同。当VFTO在GIS管道内流动时，高频电流的集肤效应使电磁波被限制在导体的外表面和外壳的内表面，并且遇到波阻抗改变时，就会产生折射和反射，所有在GIS管道产生多次反射和折射的各行波分量叠加在一起，形成VFTO波形。对直接与GIS连接的变压器，高达数兆赫兹频率的VFTO，可以通过SF6套管侵入变压器内部；对通过两个套管和架空线，与GIS非直接连接的变压器，传播的频率约为1MHz左右。在上述两种情况下，VFTO均可侵入变压器绕组内部，危害变压器绕组内部绝缘。

在超高压GIS出现以前,VFTO 并没有引起人们的注意。可是随着超高压GIS 在七十年代末期的出现,VFTO的危害引起了普遍重视。实践表明,当电压等级较低时,VFTO的危害甚小,但在一定条件下,会引起300kV以上GIS内部的击穿或外接设备的事故,给电力系统带来很大损失。这种相当于雷电截波过电压作用的VFTO脉冲可引起420 kV及以上电压等级的GIS故障，不仅影响GIS可靠运行，而且对变电站内的高压设备特别是电感类设备(如电力变压器)的绝缘结构构成

很大威胁，近年来已引起相关部门对引起超高压GIS中快速暂态过电压的影响因素的研究的高度重视[8]。这些影响因素主要包括：VFTO陡波前冲击电压和VFTO含有几兆赫兹振荡频率。通过对实际发生绝缘事故的变压器产品进行分析，发现含有上述两种因素的VFTO波形，主要能引起以下两种绝缘事故:（1）VFTO陡波前冲击电压侵入变压器绕组内部可形成沿绕组极不均匀的电压分布，使首端匝间绝缘发生击穿。（2）VFTO 含有几兆赫兹振荡频率，与变压器部分绕组自然频率重合，会引起绕组局部电磁谐振，并可能在变压器绕组内部产生

极高谐振过电压，从而造成变压器绕组内部绝缘击穿[9-11]。因此，通过对GIS 中VFTO相关内容的研究，来分析GIS的绝缘性能，探讨超高压GIS中快速暂态过电压及其影响因素从而可以设计出抑制VFTO的有效方法的意义重大，可以有效地提高GIS运行的可靠性．尽量减少产生超高压GIS系统的VFTO引起的故障的次数。

为了研究超高压GIS中快速暂态过电压及其影响因素，首先了解GIS隔离开关操作与VFTO产生的关系，从而认识VFTO的产生机理，进而进行VFTO的数值计算分析，通过改变GIS变电站内部各设备等效参数，来讨论影响VFTO产生的内部因素和外部因素，通过理论推导建立计算VFTO的可靠数学模型，以印度瓦尔道拉变电站-800KV-GIS内部快速暂态过电压工程为例，利用暂态仿真软件ATP/EMTP对快速暂态过电压的大小进行仿真计算，并研究影响其大小的各个因素，并提出抑制VFTO产生的合理的解决措施。

二. 毕业设计的内容及任务

1．设计思想；

利用所学习的知识，首先学习快速暂态过电压的产生机理，再结合具体的CAD图形画出具体的主接线图，找出产生快速暂态过电压的本质物理量，罗列出此主接线图的大部分可能的接线方式，并选择其中的几种操作方式，对其进行计算，分析；再通过查找文献推导VFTO的数学模型；然后在数学模型的基础上，利用ATP/EMTP对选中的操作方式搭建模型然后运行进行仿真计算，通过对比和分析找出影响VFTO大小的不同因素，针对不同的影响因素分别改变其相应影响因素的参数，与原参数的VFTO波形进行比较，看VFTO的大小是否改变，如果VFTO有明显的变小或变大，证明这个因素确实影响了VFTO的大小，最后得出合理的超高压GIS中快速暂态过电压的影响因素，并得出合适的抑制措施。