特高压断路器重合闸过程电磁暂态特性的研究

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1、特高压断路器重合闸过程电磁暂态特性的研究第1章绪论1.1概述电力在国家能源战略中占有重要位置，在能源发展战略中，应坚持以电力为中心。我国的电力能源包括火电、水电、核电以及可再生能源，但能源资源与能源的需求呈现了逆向分布的格局。东部及南部地区经济发达，能源需求多而能源资源少；西部及北部地区能源需求少多而能源资源较为丰富[1-3]。基于能源需求和分布逆向的基本国情，要消除我国能源运输限制，就要加快发展输电，大力推进具有输送容量大、输电距离远等特点的特高压电网的建设。由于特高压输电线路电压等级高，故具有相间、回间距离大的特点，各类线路故障中单相接地故障比例最高达到90%以上

2、，其中瞬时性的故障约为80%[4-8]。为了提高特高压电网输电运行的可靠性及稳定性，断路器还安装了自动重合闸装置，采用了自动重合闸技术。特高压线路发生短路故障后，断路器进行分闸动作开断短路电流，电流熄灭后，断路器的触头间会产生一个瞬态恢复电压。由于特高压线路电压等级很高，瞬态恢复电压易出现电压幅值较高的情况，或者该瞬态恢复电压的上升率很大，也会使断路器灭弧室内的电弧发生重燃，进而加快触头的磨损速度，降低断路器使用寿命[9-13]。断路器在进行第一次开断后，还会进行重合闸动作。在多数情况下，电力系统的故障是暂时性的，断路器开断以后再合闸，线路上的故障已经排除[14-18

3、]。但若故障没有消除，线路仍然处于短路状态，当断路器进行重合闸时，在关合的过程中，就常在动、静触头尚未接触之前，在电源电压的作用下，发生触头间隙击穿，预击穿后出现短路电流，再次通过电路电流会产生很大的热效应和电动力效应，使断路器受到严重的损伤。断路器重合于故障状态，在第二次开断短路电流前，在断路器的合闸过程中，由于故障仍然存在，在较大的短路电流作用下，合闸时触头间会发生预击穿。预击穿发生后，触头材料发生烧损、熔焊等现象，严重影响断路器开断能力。短路电流中直流分量的幅值大小，除了与系统线路参数及分布有关外，还与断路器配合有关。2011年01月02日，内蒙伊敏发电厂换流站

4、交流侧5043断路器A相进行重合闸操作，由于电厂侧5053断路器进行合闸，使5043断路器重合于故障状态，重合闸后二次开断失败，5043断路器A相出现严重烧损。.........1.2课题的背景与意义我国由于存在能源资源和负荷中心不均衡的情况，即用电负荷中心地区经济发展快，用电负荷大且用电需求增长快，却往往比较缺乏一次能源，而一次能源蕴含丰富的地区用电增长相对较慢或总体用电水平较低。这种能源和负荷不均衡既是由能源资源的地理分布所决定的，也是由社会发展的历史原因所形成的，客观上要求实现电力大规模、远距离、高效率输送[19-21]。中国能源资源的总体分布规律是西多东少，北

5、多南少，能源资源与负荷中心分布不均衡的特征明显。中国正处于经济快速增长的关键时期，电力需求将持续较快增长，需求重心也将长期位于东中部，而煤炭资源开放正逐步西移、北移，水能资源的开发正向西南地区转移，风能、太阳能等新能源资源也主要分布在西部、北部地区，未来能源流规模和距离将进一步增大，面临大规模、远距离、高效率电力输送的挑战。大型能源基地与东中部负荷中心之间的距离达到1000m~3000m，超出传统高压输电线路的经济输送距离。电力生产和消费地区不均衡的情况将更为突出，电力输送压力日益加剧，迫切要求实现经济高效的大规模送出和大范围消纳[22-23]。特高压输电包括特高压交

6、流输电和特高压直流输电，交流输电和直流输电的功能和特点各不相同，交流输电主要用于构建坚强的各级输电网络和电网互联的联络通道，中间可以落点，电力的输入、传输和消纳十分灵活，是电网安全运行的基础[24-25]；交流电压等级越高，电网结构越强，输送能力越大，承受系统扰动的能力越强。两端直流输电系统中间没有落点，难以形成网络，更适用于大容量、远距离点对点输电；多馈入、大容量直流输电系统股必须有稳定的交流电压才能正常运行，需要依托坚强的交流电网才能发挥作用，保证电网安全稳定运行[26-27]。....第2章断路器单次开断瞬态恢复电压特性分析2.1瞬态恢复电压机理分析电力系统中特

7、高压线路运行经验表明，单相接地故障在电力系统故障中占有高达90%的比例，由于220kV及以上电压等级的线路采用中性点直接接地方式，一相发生接地短路时，对另外两相电源电压无影响，故在研究单相接地故障时断路器开断恢复电压（TRV）时，可只取一相电路进行研究。现有的研究成果表明，在其他系统条件相同时下，接地故障位置离断路器端口越近时，断路器触头间的瞬态恢复电压（TRV）幅值越大，为取得最大幅值的恢复电压，本文在建立单相接地故障的数学模型时，将故障位置选在断路器端口处。图2.2给出了断路器开断单相故障短路电流的电路图。图a中，AE、BE、CE为A、B、C三相