發(fā)布時間：2018-02-23 03:14

  本文關(guān)鍵詞： 變壓器中性點 避雷器 氣水間隙 過電壓保護 Picard迭代原理 多頻輸入 非線性離散系統(tǒng) 機理研究 數(shù)學(xué)解析 模擬試驗　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國電網(wǎng)110kV、220kV系統(tǒng)屬于有效接地系統(tǒng),同時由于限制系統(tǒng)單相接地短路電流及滿足繼電保護的要求等原因,按照行業(yè)有關(guān)標(biāo)準,其中部分變壓器中性點可不接地運行。當(dāng)系統(tǒng)輸電線路發(fā)生各種故障(主要為單相接地短路、雷電波侵入、非全相運行)時,不接地的變壓器中性點會產(chǎn)生幅值較高的過電壓。同時,我國110kV、220kV變壓器通常采用分級絕緣,其中性點絕緣水平比相線端部低得多,當(dāng)變壓器中性點上出現(xiàn)的過電壓達到較高值時,將對變壓器中性點絕緣安全和避雷器構(gòu)成威脅。因此,對電力系統(tǒng)不接地運行的變壓器中性點,必須采取有效措施予以保護。 為保護110kV、220kV系統(tǒng)中不接地變壓器中性點絕緣,一般可以采用單獨用避雷器、單獨用空氣間隙以及空氣間隙與避雷器并聯(lián)等三種保護方式,其中采用空氣間隙和避雷器并聯(lián)的保護方式最為普遍。但是空氣間隙和避雷器并聯(lián)的傳統(tǒng)保護方式也存在若干明顯的缺陷：空氣間隙的距離大小較難掌握并且空氣間隙的放電分散性較大,容易引發(fā)誤動或者拒動的情況；空氣間隙誤動事故經(jīng)常是因為空氣間隙在較高的暫態(tài)電壓作用下?lián)舸?導(dǎo)致繼電保護誤動；避雷器和空氣間隙的參數(shù)配合困難,要完全滿足保護原則有一定的難度。 為克服傳統(tǒng)保護方式的缺點,本文提出了一種氣水間隙和避雷器并聯(lián)的變壓器中性點過電壓新型保護方式,構(gòu)建了其控制系統(tǒng),研制了滿足系統(tǒng)要求的控制裝置樣機。并針對110kV不接地變壓器中性點過電壓成功進行了模擬試驗研究。為此,本文先在緒論部分對研究的背景和目的、MOA避雷器、流體電介質(zhì)擊穿理論以及變壓器中性點保護等方面進行了概括介紹,然后從如下五個方面,力求較完整地對這種新型保護方式以及相關(guān)方面,開展了研究工作。 首先,分析了變壓器中性點上可能出現(xiàn)的工頻過電壓和包括雷電過電壓在內(nèi)的暫態(tài)過電壓,為中性點保護的配置提供依據(jù)。當(dāng)110kV有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,變壓器中性點工頻穩(wěn)態(tài)過電壓不會超過43.8kV；當(dāng)220kV有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,變壓器中性點工頻穩(wěn)態(tài)過電壓不會超過87.6kV；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地且失地或非全相運行時,變壓器中性點工頻過電壓將達到系統(tǒng)相電壓或更高；中性點雷電過電壓一般不會超過避雷器在其標(biāo)稱沖擊電流下的殘壓,等等。 其次,由于MOA避雷器是本文提出的保護方式的重要組成部分,因此對MOA避雷器的伏安特性進行了相關(guān)試驗和計算研究。試驗方面,對110kV變壓器中性點保護用避雷器Y1.5W--55/140進行了試驗,測試了其直流伏安特性和交流全電流伏安特性和等效電容值。計算方面,針對在MOA避雷器的計算中所主要涉及的兩個方面,即MOA伏安特性的擬合和相應(yīng)非線性方程(組)的求解進行了研究：通過數(shù)值擬合試驗數(shù)據(jù)建立了MOA直流伏安特性的新型數(shù)學(xué)模型—指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)混合模型,然后提出并采用基于Picard迭代原理的非線性離散系統(tǒng)多頻輸入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)計算方法對相應(yīng)的非線性方程組進行了求解。對試驗結(jié)果和計算結(jié)果進行了對比分析,指出該計算方法具有精度高、收斂速度快等優(yōu)點,且該避雷器新型數(shù)學(xué)模型是正確有效的。 第三,提出了“氣水間隙”這一新型間隙概念。為研究和掌握氣水間隙放電特性和機理,本文構(gòu)建了專門的試驗裝置,進行了氣水間隙工頻放電特性試驗。通過試驗結(jié)果得出了若干規(guī)律：氣水間隙比空氣間隙和全水間隙容易擊穿；當(dāng)固定間隙總長度時,工頻擊穿電壓與氣段長度呈V型曲線關(guān)系；等等�？諝夂退�是兩種常見的流體,但兩者具有不同的電特性,空氣通常是絕緣體,而水通常是電阻很大的導(dǎo)體,因此將兩者組合在一起進行放電試驗時,表現(xiàn)出了其自身特有的現(xiàn)象和規(guī)律。文章中基于氣泡擊穿理論和空氣與水不同的電特性,對試驗觀察到的各種放電現(xiàn)象與規(guī)律進行了分析,對氣水間隙的擊穿機理進行了研究。 第四,為了進一步理解和掌握氣水間隙放電更普遍的規(guī)律,以便于工程應(yīng)用,本文在上述試驗研究和機理分析的基礎(chǔ)上,對氣水間隙的放電規(guī)律進行了進一步的分析探討,并利用數(shù)值擬合方法,建立了氣水間隙工頻放電特性相應(yīng)的數(shù)學(xué)解析式。計算與試驗表明,所建立的數(shù)學(xué)解析式計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好。 第五,在上述研究的基礎(chǔ)上,本文提出了一種氣水間隙和避雷器并聯(lián)的變壓器中性點過電壓新型保護方式,構(gòu)建了其控制系統(tǒng),研制了滿足系統(tǒng)要求的控制裝置樣機；介紹了保護裝置動作原理、動作條件和動作過程,提出了110kV變壓器中性點過電壓保護氣水間隙較為適宜的間隙距離取值范圍；針對典型故障情況下110kV不接地變壓器中性點過電壓進行了整套保護系統(tǒng)的實驗室模擬試驗研究。試驗表明,本文提出的新型間隙與保護方式,可以較好的克服傳統(tǒng)保護方式的不足,以保護不接地變壓器中性點絕緣。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM862

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本文編號：1525990