[發明專利]一種開關操作導致電力系統一次側過電壓的評估方法

有效

• 申請號: 201510536699.8
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN105186491B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 嵇建飛;錢佳斌;魏廣進;王立輝
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司電力科學研究院;東南大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 耿英,董建林

技術領域

本發明屬于電力系統一次側過電壓評估技術領域，具體涉及一種基于等效模型的開關操作導致電力系統一次側過電壓的評估方法。

背景技術

目前，在超高壓電網中，氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，GIS)已經得到了非常廣泛的應用，與傳統的敞開式配電裝置相比，GIS設備具有占地面積小、元件全部密封不受環境干擾、運行可靠性高、運行方便、檢修周期長、維護工作量小、安裝迅速、運行費用低等優點，然而，GIS設備的開關操作產生的快速暫態過電壓(VFTO)，會引發了一系列的電力系統運行事故。

我們知道，氣體絕緣變電站與傳統的空氣絕緣變電站的不同之處在于氣體絕緣變電站采用絕緣性能優異的六氟化硫(SF₆)氣體作為絕緣和滅弧介質，其電子雪崩臨界值為空氣的3.7倍，而且，GIS設備的開關間距比同電壓等級的空氣絕緣間距小的多，當隔離開關被擊穿，電弧通道可在幾十個納秒內建立，使得VFTO的幅值和波前陡度急劇升高，是造成一次設備絕緣擊穿和保護設備誤動的根源。

目前，國內外對GIS設備的開關操作在就地匯控柜智能組件端口的騷擾電壓的測量已經形成了統一的方法，而對系統一次設備的過電壓直接測量并不多見。現實測量的經驗表明，隔離開關操作產生的VFTO主頻高達幾十兆赫茲，持續時間長達幾百毫秒，因此，高采樣率下的存儲深度問題有待解決，其次，變電站內復雜的電磁環境也會對測量結果造成誤差，另外，1000kV以上的電壓等級遠遠超過高壓測量探頭的量程范圍，種種因素都制約了系統一次設備過電壓的直接測量，現有的測試方法存在無法適應一次側的高電壓、設備采樣率不足、準確性較差、測試過程繁瑣、效率低等方面的問題，因此，如何采用模型仿真的方式來評估一次設備的過電壓特征水平，對保證使用GIS設備的變電站中的一次設備的正常工作有極其重要的意義。

發明內容

本發明所解決上述現有技術中在使用GIS設備的變電站，無法實現系統一次設備過電壓的直接測量的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種開關操作導致電力系統一次側過電壓的評估方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟(A)，根據智能變電站的啟動調試方案，選取電力系統中的單變單回路運行方式；

步驟(B)，確定單變單回路中的一次設備的等效模型，一次設備的等效模型分別為分布參數的線路模型、集中參數的設備模型和可重復擊穿的隔離開關模型；

步驟(C)，根據電磁暫態過程計算程序EMTP，構建電力系統中單變單回路的電網結構等效模型，模擬由開關操作引起的特快速暫態過電壓；

步驟(D)，對單變單回路中各個節點進行電壓電流解算，確定電力系統一次側的各個設備上的瞬態過電流和過電壓的特征水平，得出開關操作過電壓的特征水平。

前述的開關操作導致電力系統一次側過電壓的評估方法，其特征在于：步驟(A)，根據變電站啟動調試方案，選取電力系統中的單變單回路運行方式，單變單回路內的一次設備包括主變壓器、避雷器、母線、隔離開關、電壓互感器、電流互感器，所述主變壓器上變換產生的電壓波依次通過架空線、避雷器、電壓互感器、母線、電流互感器、隔離開關，隔離開關與斷路器之間的GIS導電桿，各一次設備均有對應的等效模型。

前述的開關操作導致電力系統一次側過電壓的評估方法，其特征在于：步驟(B)，確定單變單回路中的一次設備的等效模型，分別為分布參數的線路模型、集中參數的設備模型和可重復擊穿的隔離開關模型，包括以下步驟，

(B1)特快速暫態過電壓的最小波長在10米以下，與母線、架空線路和GIS導電桿的長度在同一個數量等級，母線、架空線路和GIS導電桿，采用帶波阻抗的均勻傳輸線模型；

(B2)對掛靠在母線及線路上的一次設備，包括主變壓器、電壓互感器、電流互感器、套管和避雷器，其電氣長度小于騷擾信號的波長，采用集總元件參數表示，其中主變壓器采用等效電感及入口電容表示；套管、避雷器、電壓互感器采用對地的集中電容表示；電流互感器用等效電感表示；

(B3)可重復擊穿的隔離開關模型，用于模擬開關操作開合過程中，電弧的熄滅與重燃，同時，對SF₆的介質恢復強度作線性模擬。

前述的開關操作導致電力系統一次側過電壓的評估方法，其特征在于：(B1)采用帶波阻抗的均勻傳輸線模型，母線的波阻抗大為350Ω，電壓波波速為光速；架空線路和GIS導電桿的波阻抗為50Ω，電壓波波速為光速的一半。