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摘要:采用电磁暂态仿真软件EMTP程序建立了某500kVGIS开关站仿真模型,计算了隔离开关操作时产生的快速暂态过电压。计算结果表明,利用GIS中隔离开关投切主变时,计算结果表明500kV充油电缆对VFTO的传播具有抑制作用,降低了对主变的影响。并从理论上分析了安装发电机出口断路器后,采用合理的操作方式,能有效的消除检修主变时产生的VFTO危害。
关键词:切空载变压器;合空载变压器;特快速暂态过电压;仿真计算
随着GIS电压等级的逐渐提高以及应用的逐步增多,GIS操作过程中出现的事故也逐渐增多。例如2001年浙江北仑电厂一台500kV联络变因快速暂态过电压导致烧毁,因此对GIS操作中过电压的研究很有现实意义。
GIS操作过电压主要有以下三种:切空载变压器过电压、合空载变压器过电压以及GIS中隔离开关操作引起的高频过电压。
本文尝试利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,建立了该500kVGIS仿真模型,计算隔离开关操作时产生的VFTO幅值。最后从理论上分析了在安装发电机出口断路器后,按照规定操作顺序,可彻底消除3/2接线型式下GIS操作产生的VFTO对主变匝间绝缘的危害。
仿真计算模型及基本数据
该变电站500kVGIS介绍
该500kVGIS开关站采用3/2接线型式,本期工程共设置2个完整串、1个不完整串。2台机组分别以发电机——主变压器单元制接线型式,接入500kVGIS,发电机出口侧配置出口断路器。
计算模型
变压器本文计算中取 =5000pF;GIS管线波阻抗80Ω,波速103.8m/us;断路器和隔离开关静态电阻,此处取2Ω;架空线波阻抗350Ω,波速300m/us;电缆采用分布参数模型,波阻抗69Ω,波速103.8 m/us;套管对地电容320pF。
隔离开关操作时的VFTO计算及防护措施
VFTO的计算
本文主要计算分析500kVGIS开关站投切主变压器时产生的VFTO。考虑主变经发电机带电后,断开500kV开关站中该主变进线两侧断路器后,接着操作进线两侧GIS隔离开关产生的VFTO。该500kV开关站EMTP仿真模型如下图。
图1 500kV开关站EMTP仿真模型
以操作1#主变为例,切除1#主变时,先分闸120JA和130JA,再分闸122JS和131JS,最后断开发电机出口断路器。为了考虑电弧多次重燃的严重性,在下面的计算中取断路器侧残余电压为-1.0p.u.。
根据隔离开关的操作顺序,分为四种情况计算产生的VFTO:
方式一:隔离开关122JS闭合,操作隔离开关131JS。
方式二:隔离开关122JS断开,操作隔离开关131JS。
方式三:隔离开关131JS闭合,操作隔离开关122JS。
方式四:隔离开关131JS断开,操作隔离开关122JS。
分别测量1#主变入口处、SF6油气套管、500kV充油电缆变压器侧、500kV充油电缆开关站侧和操作隔离开关侧的电压。
方式一VFTO最大值(kV):主变508.6、SF6油气套管566.84、500kV电缆靠近主变侧639.1、500kV电缆靠近GIS侧986.48、操作隔离开关侧724.03。
方式二VFTO最大值(kV):主变553.38、SF6油气套管611.1、500kV电缆靠近主变侧854.99、500kV电缆靠近GIS侧1011.6、操作隔离开关侧932.37。
方式三VFTO最大值(kV):主变508.2、SF6油气套管568.45、500kV电缆靠近主变侧647.5、500kV电缆靠近GIS侧1002.6、操作隔离开关侧723.79。
方式四VFTO最大值(kV):主变548.98、SF6油气套管597.45、500kV电缆靠近主变侧861.6、500kV电缆靠近GIS侧1015.1、操作隔离开关侧934.75。
从数据可以看出,操作方式2和操作方式4下产生的VFTO幅值比较大,也就是说在切除1#主变时,隔离开关122JS或131JS其中一个先断开情况下,操作另外一个隔离开关时产生的VFTO比较严重。
从波形图中可以测量出:主变VFTO最大幅值为1.29 p.u.;SF6油气套管VFTO最大幅值为1.43 p.u.;500kV电缆靠近主变侧VFTO最大幅值为1.49 p.u.;500kV电缆靠近GIS侧VFTO最大幅值为2.37 p.u.;操作隔离开关侧VFTO最大幅值为2.18 p.u.。500kV充油电缆GIS侧的陡度为26.52MV/us,变压器入口处的陡度为639.84kV/us。
目前IEC绝缘配合标准尚未确定特高压VFTO典型试验波形和GIS管道对VFTO的限制标准。一般采用雷电冲击耐受电压作为VFTO的参考电压,该主变的雷电耐受水平为1550kV,则主变入口能承受的VFTO波前陡度定为1550kV/1.2us=1291.6kV/us。可以看出由于主变和500kVGIS开关站之间用电缆连接,且电缆较长,VFTO幅值和陡度传播到主变入口处已大为衰减,仅有639.84kV/us,对主变绝缘危害不严重。但是每次GIS隔离开关操作时,主变都会经受超过额定电压的冲击,长期积累,对变压器的绝缘也是不利的。因此,建议该客户避免此种主变投切的方式。
结论
利用隔离开关投切主变时,不同地操作方式产生的VFTO幅值不同,主变至500kV开关站之间有一段较长的充油电缆,对GIS中VFTO传播具有抑制作用,降低了对主变造成的危害。
计算结果表明:1#主变入口处的VFTO最大幅值和陡度分别为1.29 p.u、639.84kV/us,对变压器的绝缘危害不大。考虑到GIS中每次隔离开关操作时,主变都会经受超过额定电压的冲击,建议避免利用隔离开关投切变压器。
参考文献
阮全荣,施 围. GIS隔离开关带分合闸电阻抑制VFTO的研究[J].高电压技术, 2005, 31(12): 6-8.
谷定燮. 1 000 kV GIS变电所VFTO特性研究[J].高电压技术, 2007, 33(11): 27-32.
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