gis主變運(yùn)行工況下vfo抑制研究

gis主變運(yùn)行工況下vfo抑制研究

0特高壓線路vfto與gis的關(guān)系在中國(guó)研究特高壓供電技術(shù)之前，只有前蘇聯(lián)和日本等少數(shù)國(guó)家建立了1000kv電壓等級(jí)的交流供電線路。前蘇聯(lián)1150kV交流系統(tǒng)中變電站采用敞開(kāi)式(AIS)布置方式,工程設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)研究和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)都沒(méi)有涉及特高壓GIS變電站的快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)問(wèn)題。日本于1992年開(kāi)始建設(shè)雙回特高壓輸電線路,1996年建成采用GIS設(shè)備的1000kV新榛名變電站,在特高壓VFTO研究領(lǐng)域逐步積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。但由于負(fù)荷增長(zhǎng)停滯不前,日本特高壓系統(tǒng)一直以500kV降壓運(yùn)行,因此變電站內(nèi)VFTO與GIS設(shè)備的絕緣水平之間仍留有較大裕度。隨著我國(guó)特高壓輸電技術(shù)研究試驗(yàn)?zāi)芰凸こ虒?shí)踐水平的全面提升,目前1000kV晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)特高壓交流試驗(yàn)示范工程已正式投入運(yùn)行,其GIS變電站的布置情況和實(shí)際運(yùn)行電壓與前蘇聯(lián)和日本有所差異,故必須根據(jù)中國(guó)GIS變電站的實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)研究。本文中首先介紹1000kVGIS中VFTO的特性與危害,使用EMTP軟件建立晉東南1000kVGIS變電站的仿真模型,計(jì)算分析操作隔離開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的VFTO波形和幅值,觀察隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻對(duì)VFTO的抑制作用。110vfto對(duì)特高壓gis的危害性分析1000kVGIS變電站的額定電壓是500kVGIS變電所的2倍,其VFTO絕對(duì)值也是500kVGIS變電站的2倍左右,但1000kVGIS設(shè)備的絕緣水平一般僅比500kVGIS增加55%,沒(méi)有成比例增加。由于1000kVGIS的絕緣裕度更小,因此VFTO對(duì)特高壓GIS的危害性比對(duì)500kV及其以下的系統(tǒng)要大得多。特高壓GIS系統(tǒng)的VFTO,不僅會(huì)影響到GIS設(shè)備本身運(yùn)行的可靠性,對(duì)與GIS相連的變壓器匝間絕緣也會(huì)造成很大危害。考慮到1000kVGIS變電站在特高壓輸電系統(tǒng)中的重要性,要求其具備很高的安全性和可靠性,故1000kVGIS的VFTO問(wèn)題必須引起足夠的重視。2放線至雙片段晉東南特高壓GIS變電站的主接線圖見(jiàn)圖1。變電站采用雙斷路器接線方式,本期僅考慮一回出線和一臺(tái)主變,出線接至雙斷路器串。本文中按主接線圖建立仿真模型,考慮VFTO最嚴(yán)重情況,計(jì)算時(shí)負(fù)荷側(cè)的殘留電壓以-1.0pu計(jì),電源側(cè)電壓以1.0pu計(jì),不考慮多次重燃。2.1隔離開(kāi)關(guān)串聯(lián)電阻500在出線兩端斷路器(CB1和CB2)已分閘的情況下,進(jìn)行分閘出線隔離開(kāi)關(guān)(DS3)的操作,計(jì)算此操作模式下GIS內(nèi)部各點(diǎn)的VFTO,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知,GIS內(nèi)部VFTO最高值為1879.6kV(2.09pu),出現(xiàn)在斷路器CB2的出線側(cè)斷口處即GIS支路端部,這是因?yàn)槎瞬坑捎陔妷翰ㄐ味啻握鄯瓷鋸亩赡墚a(chǎn)生較高電壓。而雙斷路器分閘后,母線與變壓器已與電源側(cè)斷開(kāi),故母線上避雷器端口與主變?nèi)肟谔帋缀醪淮嬖赩FTO,對(duì)其絕緣不會(huì)構(gòu)成任何威脅。但出線側(cè)的VFTO普遍偏大,對(duì)絕緣有著一定威脅,需要加以限制。VFTO最大值與隔離開(kāi)關(guān)加裝的并聯(lián)電阻阻值的關(guān)系見(jiàn)圖2,從圖可知,隨著并聯(lián)電阻阻值的增大,VFTO最大值降低。當(dāng)并聯(lián)電阻小于300Ω時(shí),電站VFTO最大值隨電阻值的增大而大幅下降;當(dāng)并聯(lián)電阻大于300Ω后,VFTO的幅值隨電阻值增大而下降的幅度明顯變慢。并聯(lián)電阻從0增大至300Ω時(shí),電站VFTO最大值從2.09pu降至1.65pu,降低21%;而并聯(lián)電阻從300Ω增大至1000Ω時(shí),電站VFTO最大值從1.65pu降至1.52pu,僅降低7.9%。圖3為隔離開(kāi)關(guān)有無(wú)并聯(lián)電阻(500Ω)時(shí)斷路器CB2出線側(cè)斷口處的波形對(duì)比圖。在加裝并聯(lián)電阻前,隔離開(kāi)關(guān)重燃瞬間,電壓波形突變,出現(xiàn)很陡的長(zhǎng)尖脈沖,最大幅值為2.09pu,且具有極高的振蕩頻率,波前時(shí)間很短,僅有0.2μs,波前的平均陡度約為8250kV/μs;加裝500Ω隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻后,斷路器CB2的出線側(cè)斷口處的過(guò)電壓幅值降為1.46pu,VFTO波前時(shí)間變?yōu)?3μs左右,波前的平均陡度約為91kV/μs,振蕩幅值大幅下降,振蕩頻率也明顯減小,抑制效果明顯。隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻(500Ω)上的電流和吸收能量的變化見(jiàn)圖4、圖5。在重燃瞬間電流達(dá)3550A,但維持時(shí)間很短,為十幾微秒。吸收能量的積累也在這十幾微秒內(nèi),約為2500J。隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻(500Ω)接入時(shí)間與VFTO最大值、吸收能量的關(guān)系見(jiàn)表2。VFTO最大值幾乎不隨接入時(shí)間變化,接入時(shí)間5μs和1000μs相比,VFTO最大值只相差1.5%。而隨著接入時(shí)間的增加,并聯(lián)電阻吸收能量卻逐漸上升,接入時(shí)間1000μs和5μs相比,增加23.3%。并聯(lián)電阻接入時(shí)間實(shí)際由隔離開(kāi)關(guān)觸頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間決定,因此,應(yīng)根據(jù)不同廠家不同型號(hào)的隔離開(kāi)關(guān)觸頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間來(lái)選擇并聯(lián)電阻吸收能量的允許值。2.2架空線對(duì)主變端vfto的影響在出線兩端斷路器CB1和CB2,隔離開(kāi)關(guān)DS22、DS11、DS12均分閘且主變帶電運(yùn)行的情況下,進(jìn)行隔離開(kāi)關(guān)DS21的分閘操作,計(jì)算此操作模式下GIS內(nèi)部各點(diǎn)的VFTO,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,GIS變電站內(nèi)部VFTO最高值為1812.0kV(2.02pu),出現(xiàn)在斷路器CB1的母線側(cè)斷口處,即GIS支路端部,這是由于端部因電壓波形多次折反射而產(chǎn)生的。主變高壓側(cè)的VFTO為1094.0kV(1.22pu),幅值雖然不高,但波前陡度極大,會(huì)對(duì)主變端部匝間絕緣產(chǎn)生極大危害。如GIS套管經(jīng)過(guò)架空線與晉東南1000kV變壓器相連接,中間距離較遠(yuǎn),VFTO衰減較快,變壓器上的VFTO幅值略有降低,為1065.6kV(1.19pu),且波前時(shí)間得到有效降低。GIS站內(nèi)過(guò)電壓最大值也得到抑制,為1607.8kV(1.79pu),仍然出現(xiàn)在斷路器CB1的母線側(cè)斷口處。圖6為架設(shè)架空線前后主變?nèi)肟诙薞FTO波形對(duì)比圖。未加架空線時(shí),主變?nèi)肟诙薞FTO波前時(shí)間為0.3μs,波前平均陡度為800kV/μs;加入架空線后波前時(shí)間下降到1.3μs,波前平均陡度下降到130kV/μs,它對(duì)變壓器絕緣威脅大大下降。隔離開(kāi)關(guān)有無(wú)并聯(lián)電阻(500Ω)時(shí)原VFTO最大處(斷路器CB1的母線側(cè)斷口)的波形對(duì)比如圖7。圖中可見(jiàn),加裝500Ω并聯(lián)電阻后VFTO抑制效果明顯,GIS站內(nèi)VFTO被限制在1.3pu以下,在有效降低過(guò)電壓幅值的同時(shí),也降低了振蕩頻率與波前陡度,減少了高頻分量。只考慮單次重燃,隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻(500Ω)吸收能量變化見(jiàn)圖8,吸收能量約為830J。隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻(500Ω)接入時(shí)間與VFTO最大值、吸收能量的關(guān)系見(jiàn)表3。接入時(shí)間5μs和1000μs相比,VFTO最大值并沒(méi)有變化,吸收能量只變化1.5%,且當(dāng)接入時(shí)間超過(guò)30μs后,吸收能量幾乎也不再變化。同樣因?yàn)椴⒙?lián)電阻接入時(shí)間實(shí)際由隔離開(kāi)關(guān)觸頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間決定,應(yīng)根據(jù)不同廠家不同型號(hào)的隔離開(kāi)關(guān)觸頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間來(lái)選擇并聯(lián)電阻吸收能量的允許值。3隔離開(kāi)關(guān)串聯(lián)電阻由于VFTO對(duì)1000kVGIS的危害,采取有效措施,限制VFTO變得尤為重要。目前在抑制GIS中隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生VFTO的各種措施中,隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻效果最為明顯,技術(shù)較成熟,已在實(shí)際運(yùn)行中得到了廣泛應(yīng)用。500kV系統(tǒng)考慮到運(yùn)行成本可不加裝并聯(lián)電阻,但1000kVGIS絕緣裕度較小,且VFTO幅值較高,