GIS中氧化锌避雷器对快速暂态过电压影响的研究

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随着国内外超、特高压技术的发展,气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation,简称GIS)的应用越来越普遍,与此同时也带来了一些问题。在330kV以上的电力系统中,GIS中隔离开关操作引起的快速暂态过电压(Very Fast Transient Over-voltage,简称VFTO)对GIS及其相邻设备构成很大威胁。因此有必要对VFTO现象进行关注。VFTO的数值仿真计算中,GIS中设备的等效模型对计算结果的影响很大。作为过电压保护的重要设备金属氧化锌避雷器,其模型的准确性尤为重要。由于VFTO的高频作用,MOA的暂态过程非常复杂,因此有必要对其进行深入研究。本文首先从550kV GIS罐式氧化锌避雷器本体结构出发,通过对MOA阀片微观结构的分析,发现其晶界层在高频作用下会发生电子松弛极化的现象。根据交变电场下电介质的极化作用原理,分析晶界层在高频电场作用下的电流情况,提出了MOA的暂态电路模型。采用介电频谱的方法,对极化部分的参数进行计算。通过模拟仿真计算与理论结果的分析比较,验证了该模型能够很好地反映MOA在高频电场下的极化过程。其次,针对国内某550kV GIS,将避雷器分别等效为对地电容,非线性电阻和暂态模型,对GIS中的VFTO进行计算,分析MOA暂态模型对VFTO波形及频率分布的影响。对线路中是否安装避雷器两种情况下的VFTO进行计算,从VFTO波形、幅值以及波头陡度方面,分别分析瓷外套避雷器MOAT和母线避雷器MOAG对VFTO的抑制作用。最后,实现MOA最佳配置方案。结合GIS变电站实际接线方式的特点,通过对多种典型操作方式下VFTO的计算,选取VFTO幅值较大的设备作为重点考虑。研究避雷器安放在母线不同位置时,对关键设备处的VFTO的影响。采用加权平均的思想对VFTO幅值进行分析,最终得到MOA在母线上的最佳安放位置。
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