英译中各种输电线路操作过电压限制技术的分析.docx

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英译中各种输电线路操作过电压限制技术的分析

英文原文及其中文翻译

学生学号：

4111127001

学生姓名：

李娜

专业班级：

J电气1101

指导教师姓名：

莫付江

指导教师职称：

副教授

2015年6月

各种输电线路操作过电压限制技术的分析

摘要:

在本论文中，对几个输电线路操作过电压限制技术的性能进行了分析和比较。

合闸电阻的应用，中间避雷器和控制开关的方法进行了数值模拟和分析。

上述提及的所有技术方法同时应用所产生的影响也已被研究。

综合本研究结果有助于电力公司正确选择合适的操作过电压限制方法。

仿真和分析结果已经运用于运行中的400kV输电线路。

关键词：

操作过电压，绝缘配合，合闸电阻，避雷器，控制开关

Ⅰ.引言

一个电力系统的基本组成部分是传输线。

同样的，为电力系统性能可靠，经济宽敞，在输电线路设计中必须要考虑一些因素。

这些问题中的一个，在输电线路设计中必须加以考虑就是过电压问题。

过电压明显地影响系统的绝缘耐受水平，这间接地关系到系统的可靠性和经济问题。

大部分的过电压是由操作引起的内部过电压和雷电引起的外部过电压。

为系统标称电压的增加，由开关引起的过电压是随后愈演愈烈。

因此，在系统的额定电压高于300KV，操作过电压是在保温设计时考虑的最重要因素[1,2]。

设备和绝缘体的介电电压被称为系统绝缘水平。

因此，每一个额定电压等级，一个标准的绝缘水平已被提出。

系统绝缘水平的操作过电压称为操作冲击耐受水平[1]。

为了防止绝缘子故障，线路切换操作时，由此产生的暂态过电压必须小于线的SIWL.在系统发生短路时，输电线路的继电保护运行断开。

立即，自动重合闸继电器操作重新连接打开传输线。

这种自动重合闸操作，产生极高的振幅和频率的暂态过电压。

这些过电压波可能对系统绝缘危险。

因此，可能的过电压必须在设计阶段进行评估。

通常，为了获得过电压的切换，要使用EMTP暂态研究输电线路的执行[3,4]。

一旦过电压的振幅被获得，把它和隔热材料的SIWL相比，如果这个过电压超过SIWL，就必须采用一种技术来减小预期的过电压。

减小操作过电压最有效且最实际的方法例举如下：

1）预插入电阻器的应用

2）中间避雷器

3）控制开关[2]。

通常，一个电阻插在输电线路断路器以降低操作过电压。

虽然显著降低了过电压，它的失败率可能是不可接受的。

因此，这种方法不建议用于公用事业和任何制造业[5-8]。

通常情况下，避雷器被放置在传输线的两端。

除了这些避雷器，一个或两套避雷器可以安装在沿线适当的地方，以降低操作过电压。

这种方法明显地降低了过电压[9-11]。

为了降低操作过电压的另一个有效的方法是控制或点波开关。

它可以有效地降低操作过电压。

最近，这项技术被更引人注目的[8,12-15]。

虽然有大量的研究，相关的操作过电压在文献中也能找到，考虑到所有可用的技术，也没有全面的研究还在进行。

因此，在本文中，所有上述三个操作过电压的方法被完全清晰地还原研究。

然后，综合进行模拟，找出各方法对操作过电压的影响。

此外，该方法同时应用也进行了研究。

为此，一条从伊朗电力系统全长463公里真正的400KV的输电线路被选择。

使用EMTP在各种情况下的模拟执行，。

从仿真结果，这些方法对操作过电压的影响可以清楚地观察到。

Ⅱ.操作过电压

一般来说，电力系统结构的突然变化，如输电线路或系统设备的突然断开，随后，在临时结果产生的瞬态波现象。

这些波的影响的时期大约是在微秒范围。

这些波产生的瞬态过电压波具有较高的频率在50赫兹到20千赫的范围和更快速的阻尼。

这些波的操作过电压以各种形式出现，如振荡，周期性和重复的波形。

他们的产生由于各种原因，如电容性电路断开，感性负载的分离，对输电线路通电，断路和短路去除，输电线路自动重合闸等。

然而，在这项工作中，所产生的过电压是可以分析的，包括快速自动重合闸后的操作。

在系统发生故障时，传输线的线路断路器分离。

立即关闭命令，通过自动重合闸继电器和传输线重新连接到系统并发送到断路器。

由于这种自动重合闸操作，产生非常高的频率和振幅的瞬态过电压，这可能导致绝缘子击穿。

因此，如果操作过电压的最大振幅超过线路的SIWL，它应该采取一些方式降低阻止绝缘击穿。

Ⅲ.降低操作过电压的方法

为了降低操作过电压进行了各种研究，一些研究已经可以在文献中查询，而且有许多的方法已经被提议。

最有效和实用的方法包括预插入或合闸电阻的使用，应用避雷器和控制操作。

正如下面所表明的，这些方法在三个小节中分别来解释。

A.预插入电阻器的应用

正常和自动重合闸操作的特高压输电线路断路器是电力系统进行频繁，导致高振幅的瞬态过电压。

因此，输电线路断路器通常配备有预插入电阻器。

如果这个电阻插在断路器减少通过开关的闭合引起的过电压，它被称为合闸电阻。

该合闸电阻的执行方式是按照图1所示，无论何时，关闭命令是由自动重合闸继电器发出的，首次，传输线通过一系列的电阻连接。

电阻与主触头并联。

在几毫秒，通常8到12毫秒，主触点是闭合的。

然后，电阻被避开，然后一系列的连接在很短的时间内切断。

电路中的电阻仪表中，由于电压降和传输线电荷放电，通过自动重合闸引起的过电压是及其少的。

因此，关闭或预插入电阻器大大降低操作过电压。

当然，应该指出，在断路器合闸电阻的安装结构，另外性能的复杂性，增加了成本和断路器的故障率。

B.对中间体避雷器的应用

避雷器根据情况准备保护对暂态过电压的条件。

他们是用来减少切换和雷电暂态波。

避雷针与保护装置并行放置，或放置在相位和地面的中间。

他们的表演教学的方式是他们通过使用高电阻为正常电压，而预防因低电阻产生过电压。

因此，他们将暂态过电压绕过保护装置，或者转移到地面。

通常情况下，避雷器通常是安装在传输线的两端，发送和接收侧。

然而，提出的降低操作过电压的方法是在传输线的适当的位置安装一个或两套避雷器，根据图2所示。

因此，操作过电压可以降低；同时沿输电线路的过电压的分布也变得平稳。

图1应用于断路器合闸电阻

图2中间线沿线安装避雷器

Ⅳ.控制开关

在电力系统中断路器进行输电线路的打开和关闭操作，在不考虑他们的电流和电压波形的情况下，这有时可能会引起短暂的过电流或过电压。

这些由操作引起的短暂的振荡，取决于绝缘和机械应力承受在电力系统超高压设备的强度和可能导致设备的逐渐损害。

控制或波开关点是防止危险过电压的一项技术。

它有开关操作控制时间的功能。

关闭和打开的命令在断路器操作开关连接与不连接时的延迟执行。

因此，开关操作在预定点和角度的关闭开放时完成[16]。

许多的短路故障是暂时的和自发的去除。

因此，在实践中，自动重合闸开关已用于电力系统。

后来再有短路的发生，这些开关一次或两次以上的重合直到保证短路状况被排除。

在自动重合闸，如果短路仍然存在，开关将保持开放的。

突然断线和中断是在传输线的每一侧产生陷阱电荷的主要因素。

陷阱电荷的存在所引起的过电压高达断路器触头之间在关闭的瞬间产生的额定电压的两倍。

这可能在线路绝缘子中会导致高振幅的瞬态过电压波。

这些过电压可能高达3p.u.[2]。

陷阱电荷传输线，该线断开后，通过绝缘体逐渐排出。

完全放电可能需要0.1至0.5秒。

一个简单而有效的降低暂态过电压的方法是捕获电荷的放电。

根据结果[17]，电磁式电压互感器的使用有助于放电电荷。

因此，IVT会引起过电压降低。

然而，它是在超高压和特高压输电线路是不切实际的，由于经济的限制。

控制开关或点波开关的效果，对减少开关过电压，也是被考虑的[17]。

很明显，对于断路器闭合的瞬间是最适合当两个接触断路器之间的电压差达到最小值的时间。

因此，可以说，一个适当的切换瞬间是电压过零的时间[12,16]。

然而，开关操作可在波的不同点进行。

当开关被执行的瞬间，除了电压周期的峰值点，这些点可以在正的或负的斜坡。

事实上，在开关瞬间的斜坡可以影响过电压的幅值似乎并不重要，但仿真结果表明，过电压幅值在正面和负面的斜坡是不同的。

有时，它需要达到统一的过电压幅值来确定绝缘配合。

为了这个目的，相结合的过电压，为正斜率和负斜率零交叉相关。

当然，应该强调的是，现代的继电器工作，基于这种方法[18]。

U0是已知的统计过电压，根据

（1），百分之九十八可预见过电压的振幅将低于U0。

同时λ1和λ2被定义如下：

（2）

（3）

假定过电压是一个随机变量，η和σ分别是变量的均值和标准差。

下标1和2和正、负斜率零交叉相关。

（1），需要解决数字计算，通过MATLAB软件执行。

均匀和高斯分布函数可用于关闭时刻[19]。

均匀分布和高斯分布函数描述分别在图3和图4。

根据图3，由均匀分布的长度覆盖面积等于

。

覆盖区的高斯分布在数学上是无限的，基于图4。

然而，在±3σ的地区，实际上可能被忽略。

因此，高斯分布假定面积覆盖的长度为6σ。

图3均匀分布的覆盖区

图4高斯分布的覆盖区

Ⅴ.仿真结果

在这一部分中，使用EMTP进行各种情况的模拟。

为了这个目的，伊朗电力系统一个463公里的400kV输电线路被选择。

该线路连接着大不里士和拉加伊400kV变电站。

从大不里士一侧执行切换操作。

传输线路被分成十段，每段长46.3千米，为了获得沿线分布的过电压。

该JMARTI模型是一种准确确定频率依赖性的模型，可以用此模型来选择线路的这十个部分。

其他传输线，连接大不里士变电站，也是用JMARTI模型来模拟。

该系统的其余部分与戴维南等效电路建模。

在研究模拟系统的基本框图如图5。

找到更多关于模拟细节的参考文献信息[11,20-27]。

针对不同情况的模拟结果如下：

图5采用EMTP模拟系统的基本框图

A、基本情况

在这一部分中，操作是在大不里士变电站进行，无过电压限制法。

过电压分布如图6所描绘的。

这幅图的每一个点都是一个统计过电压，获得连续100次开关操作后统计而成。

过电压的最大幅值等于2.723p.u，它是来自大不里士变电站，在185.2千米处。

图6事例a操作过电压的波形曲线图

B、预插入电阻器的应用

根据本单元的基本原则，在这个阶段，一个合闸电阻用于电路断路器。

在第一阶段，使用了100欧电阻。

该电阻存在的时间是8毫秒。

同样，用300欧的电阻重复模拟。

仿真结果示于图7。

可见，合闸电阻大大降低了操作过电压的最大幅度。

同时，通过增加电阻值，在过电压幅值下降越快。

图7事例b操作过电压的波形曲线图

C、中间避雷器的应用

在这一部分中，根据上述在B部分的原则，避雷器被添加到基本情况。

首先，一个避雷器是放置在大不里士231.5千米的线路中间。

在下一阶段，不是一个中点避雷器，而是两套避雷器放在从大不里士开始的185.2和324.1千米的位置处。

所有的模拟结果与基本情况比较如图8所示。

结果表明，避雷器降低最大操作过电压。

此外，在使用两个避雷器的情况下，过电压的下降更为明显，轮廓也是平坦的。

图8事例c操作过电压的波形曲线图

D、控制开关中的应用

在这一部分中，根据上述C部分的原则，用不同控制操作的例子来仿真。

在第一阶段，均匀分布函数用于关闭操作。

仿真结果分布于从零点至最高点大约为86.6%和10%的覆盖区域中，模拟结果如图9所示。

图9中用的缩写描述如下：

86.6%CP和10%CP：

这意味着在随机时间里连续进行开关操作100次。

这些随机的时间分别属于电压信号峰值点周期的86.6%和10%。

86.6%和10%的CZ:

这意味着在随机时间里连续进行开关操作100次。

这些随机的时间分别属于电压信号过零点周期的86.6%和10%。

在这个阶段，负斜率过零已被选定。

根据图9的结果，很明显，过电压的最大降低限度接近10%CZ的情况。

在第二阶段，高斯分布函数作为关闭操作次数。

在这个阶段和第一阶段的仿真情况一样。

结果如图10所示。

再次，对过电压的最大限度的减少和10%CZ情况有关。

在第三阶段，因为在前一阶段过电压的最大减少量是10%CZ，这是正斜率过零的模拟。

本案的结果显示在图11。

在本图中显示的负斜率的结果，只是为了对比。

注意，图中的缩略语UD，GD和R代表均匀分布，分别是高斯分布和斜坡（斜率）的过零点。

图9事例d在第一阶段的操作过电压的波形曲线图

图10事例d在第二阶段的操作过电压的波形曲线图

图11事例d在第三阶段的操作过电压的波形曲线图

E、相结合的方法

在这一部分中，同时使用两种减小过电压的方法对不同的情况进行模拟。

在第一阶段，预插入电阻器和中间避雷器同时使用。

第一，使用一个300欧的预插入电阻器，一个中间避雷器放置在线路的中点，即231.5千米处。

然后，相同的模拟状况，在线路的末端位置放置另一个避雷器，即线路的416.7千米处。

仿真的结果如图12所示。

根据图表，与图7中的结果比较，实现了过电压的降低没有明显变化。

注意缩写R，MA和EA分别代表电阻，中间避雷器和末端避雷器。

在第二阶段，中间避雷器和控制开关同时使用。

首先，当中间避雷器放置在线路中间231.5千米处时，10%CZ的情况在案例d中的介绍已被模拟。

然后，相同的模拟，对两组避雷器沿直线的位置重复，即在线路的185.2和324.1千米处。

仿真结果如图13所示。

根据图表，随着图9至图11中结果的比较，实现过电压的降低并没有明显变化，当然，过电压的分布变得平稳。

注意缩写词R、CS、MA和EA分别代表合闸电阻，控制开关，中间避雷器和末端避雷器。

图12事例e在第一阶段的操作过电压的波形曲线图

图13事例e在第二阶段的操作过电压的波形曲线图

F、三种基本方法的比较

最终，在这一部分中，分别进行了四种不同情况的模拟。

首先，开关操作是正常的进行，没有应用任何的还原技术。

然后，每降低三的操作过电压的方法连续应用如下：

应用300欧的预插入电阻器和中间避雷器放在线路的185.2和324.1千米处，最后应用10%CZ控制操作。

仿真分别被执行。

模拟的结果显示在图14。

可见，这三种方法有效地降低了操作过电压。

图14事例f操作过电压的波形曲线图

G、论述

根据第四节的仿真结果，得出的结论有以下几点。

在长的特高压输电线路，操作过电压的最大振幅明显变高，在这项2.73p.u研究中.，这可能会损坏输电线路的绝缘。

为了减少开关过电压的常规方法是预插入电阻器的应用。

在l.97p.u.这项研究中，该方法有效地降低了操作过电压。

换句话说，获得的过电压降低了29%。

除此之外，随着电阻值增大，过电压的幅值进一步降低。

线路沿线中间避雷器的应用相对降低了操作过电压。

换句话说，在这项研究中，高达2.35p.u.，减少率为14%。

同时，随着中间避雷器数量的增多，操作过电压也是进一步减小并趋于平稳。

控制开关的应用大大影响了操作过电压。

这大大降低了操作过电压，在这项研究中高达2.27p.u.的标幺值。

换句话说，减少率为18%。

当然在大多数沿线的位置，过电压减少的百分比远远超过这个值。

任何两种方法同时应用不能大大降低操作过电压。

但是，同时应用避雷器和控制开关，比单独使用其中任何一个更能减少操作过电压。

一般来说，对操作过电压的幅值和分布的变化率更敏感的变化因素（如分布函数的类型，覆盖面积和开关瞬间的交叉点），控制切换的方法，控制开关（见图9至图11）。

在这项研究中，预插入电阻器对操作过电压的抑制作用比应用避雷器和控制开关的效果更显著。

尽管合闸电阻具有优良性能，由于其成本和高失败率，它们不被大多数公用事业公司应用。

H、结论

在超高压输电线路的设计中，操作过电压是被考虑的重要因素之一。

在本文中，研究输电线路操作过电压的三种方法的每一种方法都分别进行了研究。

仿真是完全按照一个实际的传输线路执行，这能清楚地表明每种方法对降低操作电压的作用。

根据模拟结果，合闸电阻的应用对过电压有着最显著的效果，但是，由于可靠性和经济上的限制，这种方法是不适用了。

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