vfto与其在变压器绕组中的分布分析

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1、致谢本论文的工作是在我的导师张小青教授的悉心指导下完成的，张小青教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来张小青老师对我的关心和指导。清华大学电机系陈水明副教授、张波老师等在我的科研工作和论文撰写过程中给予了很大的关心和帮助，并提出了很多宝贵意见，在此向他们表示衷心的谢意。在实验室工作及撰写论文期间，王晓辉、杨大晟、陈占富、陈一民、唐志军等同学给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。第一章绪论1．1特，陕速暂态过电压简介近年来，全封闭组合电器(GasInsulat

2、edSubstation，简称GIS)以其结构紧凑、体积小、占地少、运行可靠、维护工作量少、对环境污染小等特点，在电力系统中得到了越来越广泛的应用。但正是由于其结构紧凑的特点，当进行隔离丌关、断路器等开关设备的操作时极易产生振荡频率高达几十兆甚至上百兆赫兹的特快速暂念过电压(VeryFastTransientOvervoltages，简称VFTO)【11。在实际的电站运行过程中，420kV及以上电压等级的GIS变电站，其隔离开关操作产生的VFTO曾多次引发故障或事故，例如巴西的Grajau500kVGIS在运行初期，曾因隔离丌关例行操作产生特快速暂态过电压造成50

3、0kV油纸套筒的炸裂和变压器故障；1992年6月广州大亚湾核电站对两台从日本进口的三相500kV／900MVA有载联络变压器进行空载调试时突然发生击穿、短路、烧毁事故，其原因是与500kV侧直接相连的GIS内隔离开关操作产生了特快速暂态过电压，致使在合闸瞬问500kV绕组的第一段发生了匝问绝缘击穿；2001年浙江北仑电厂一台500kV变压器损坏，经调查也是特快速暂态过电压所致。在300kV以下电压等级的GIS中没有发生过与操作有关的问题【21，因此电压等级在300kV以下的GIS没有必要进行VFTO方面的专门研究。1．1．1VFTO的起因特快速暂态过电压来源于隔离

4、丌关、断路器的操作或带电线路的对地闪络【21。由于断路器带有专门的灭弧装置，所以由断路器操作引发高幅值VFTO的可能性较小，而GIS中的隔离开关(DS)在设计制造时仅要求具有切合小电容电流的能力，没有专门的灭弧装置，所以由隔离开关操作引发的VFTO较为常见且较为严重。与敞开式空气绝缘变电站相似，隔离丌关和断路器的操作，都会在GIS中产生操作过电压。虽然其原理基本相同，但因GIS的结构特点和SF6绝缘特性的关系，GIS隔离开关操作引起的过电压及保护有其自己的特点。GIS隔离开关触头的分合速度比较慢，通常只有3～10crrgs，相对于系统频率北京交通大学硕十学位论文来

5、说太低，而且即使在超高压和特高压系统中，隔离开关也是由单个断口构成，又因其没有专门的灭弧装置，所以在切合小电容电流的操作过程中，不可避免地发生重击穿和预击穿的多次重燃现象(现场和试验室试验发现有的高达数十次甚至上百次)，而每一次重燃都有可能引起特快速暂态过电压。此外，由于GIS的绝缘结构紧凑，相应的线路长度较小，行波时间很短，因此这种暂态过电压的波形前沿陡，频率很高，达数百kHz至数MHz，波形初始前沿更在3—200ns，过电压幅值可达2—3p．U．。以隔离开关合上一段不带电的GIS回路为例，当触头间距离渐渐缩短，电源侧电压达到一定值时，隔离开关会发生第1次击穿，

6、形成一次电压振荡。这一电弧在受触头运动、GIS内SF6气流灭弧等因素影响下，极易熄灭，燃熄弧时间极短。发生第1次击穿后，原来不带电的GIS回路带电，使隔离开关触头两侧电压玩、魄相同，分闸后电源侧电压弧仍按工频电源电压变化，GIS侧电压观则由于GIS绝缘泄漏电阻很大，残余电荷衰减很慢(通常要数小时甚至数同)，可视为恒定不变，其值为第一次熄弧瞬间的电压魄。随着时间的推移触头之间的距离￡减小，而恢复电压Uo=UL一％不断升高。当两触头间的恢复电压％超过由触头距离决定的耐压强度UB=f(L)时，间隙被第2次击穿，从而出现第2次电弧重燃过程，形成第2次电压振荡。待重燃引起的

7、振荡衰减后，电弧熄灭，第2次重然过程宣告结束。同时触头间电压又重新恢复建立起来，孕育着新的重燃。如此反复，直至隔离开关两触头紧密结合为止。在这个过程中随着触头间距离的渐渐缩短，击穿电压也越来越低，由击穿产生的振荡电压也随之降低。多次重燃现象同样会发生在隔离丌关的分闸过程中，重燃次数主要取决于触头的运动速度和分闸时间。由于分闸过程中触头间的距离不断增大，间隙击穿所需的电压也不断升高，两次重燃间的时间间隔也随之增长。由于GIS隔离开关触头的运动速度较慢，所以在分闸和合闸过程中将发生多次重燃现象，特别是在分闸的丌始阶段和合闸的最后阶段。每个工频周期内重燃次数可达10--

8、20次，但