本文關(guān)鍵詞： 變壓器中性點(diǎn) 避雷器 氣水間隙 過(guò)電壓保護(hù) Picard迭代原理 多頻輸入 非線性離散系統(tǒng) 機(jī)理研究 數(shù)學(xué)解析 模擬試驗(yàn)　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國(guó)電網(wǎng)110kV、220kV系統(tǒng)屬于有效接地系統(tǒng),同時(shí)由于限制系統(tǒng)單相接地短路電流及滿足繼電保護(hù)的要求等原因,按照行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其中部分變壓器中性點(diǎn)可不接地運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)輸電線路發(fā)生各種故障(主要為單相接地短路、雷電波侵入、非全相運(yùn)行)時(shí),不接地的變壓器中性點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生幅值較高的過(guò)電壓。同時(shí),我國(guó)110kV、220kV變壓器通常采用分級(jí)絕緣,其中性點(diǎn)絕緣水平比相線端部低得多,當(dāng)變壓器中性點(diǎn)上出現(xiàn)的過(guò)電壓達(dá)到較高值時(shí),將對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣安全和避雷器構(gòu)成威脅。因此,對(duì)電力系統(tǒng)不接地運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn),必須采取有效措施予以保護(hù)。 為保護(hù)110kV、220kV系統(tǒng)中不接地變壓器中性點(diǎn)絕緣,一般可以采用單獨(dú)用避雷器、單獨(dú)用空氣間隙以及空氣間隙與避雷器并聯(lián)等三種保護(hù)方式,其中采用空氣間隙和避雷器并聯(lián)的保護(hù)方式最為普遍。但是空氣間隙和避雷器并聯(lián)的傳統(tǒng)保護(hù)方式也存在若干明顯的缺陷：空氣間隙的距離大小較難掌握并且空氣間隙的放電分散性較大,容易引發(fā)誤動(dòng)或者拒動(dòng)的情況；空氣間隙誤動(dòng)事故經(jīng)常是因?yàn)榭諝忾g隙在較高的暫態(tài)電壓作用下?lián)舸?導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)；避雷器和空氣間隙的參數(shù)配合困難,要完全滿足保護(hù)原則有一定的難度。 為克服傳統(tǒng)保護(hù)方式的缺點(diǎn),本文提出了一種氣水間隙和避雷器并聯(lián)的變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓新型保護(hù)方式,構(gòu)建了其控制系統(tǒng),研制了滿足系統(tǒng)要求的控制裝置樣機(jī)。并針對(duì)110kV不接地變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓成功進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。為此,本文先在緒論部分對(duì)研究的背景和目的、MOA避雷器、流體電介質(zhì)擊穿理論以及變壓器中性點(diǎn)保護(hù)等方面進(jìn)行了概括介紹,然后從如下五個(gè)方面,力求較完整地對(duì)這種新型保護(hù)方式以及相關(guān)方面,開展了研究工作。 首先,分析了變壓器中性點(diǎn)上可能出現(xiàn)的工頻過(guò)電壓和包括雷電過(guò)電壓在內(nèi)的暫態(tài)過(guò)電壓,為中性點(diǎn)保護(hù)的配置提供依據(jù)。當(dāng)110kV有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),變壓器中性點(diǎn)工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓不會(huì)超過(guò)43.8kV；當(dāng)220kV有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),變壓器中性點(diǎn)工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓不會(huì)超過(guò)87.6kV；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地且失地或非全相運(yùn)行時(shí),變壓器中性點(diǎn)工頻過(guò)電壓將達(dá)到系統(tǒng)相電壓或更高；中性點(diǎn)雷電過(guò)電壓一般不會(huì)超過(guò)避雷器在其標(biāo)稱沖擊電流下的殘壓,等等。 其次,由于MOA避雷器是本文提出的保護(hù)方式的重要組成部分,因此對(duì)MOA避雷器的伏安特性進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)和計(jì)算研究。試驗(yàn)方面,對(duì)110kV變壓器中性點(diǎn)保護(hù)用避雷器Y1.5W--55/140進(jìn)行了試驗(yàn),測(cè)試了其直流伏安特性和交流全電流伏安特性和等效電容值。計(jì)算方面,針對(duì)在MOA避雷器的計(jì)算中所主要涉及的兩個(gè)方面,即MOA伏安特性的擬合和相應(yīng)非線性方程(組)的求解進(jìn)行了研究：通過(guò)數(shù)值擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了MOA直流伏安特性的新型數(shù)學(xué)模型—指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)混合模型,然后提出并采用基于Picard迭代原理的非線性離散系統(tǒng)多頻輸入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)計(jì)算方法對(duì)相應(yīng)的非線性方程組進(jìn)行了求解。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,指出該計(jì)算方法具有精度高、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn),且該避雷器新型數(shù)學(xué)模型是正確有效的。 第三,提出了“氣水間隙”這一新型間隙概念。為研究和掌握氣水間隙放電特性和機(jī)理,本文構(gòu)建了專門的試驗(yàn)裝置,進(jìn)行了氣水間隙工頻放電特性試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得出了若干規(guī)律：氣水間隙比空氣間隙和全水間隙容易擊穿；當(dāng)固定間隙總長(zhǎng)度時(shí),工頻擊穿電壓與氣段長(zhǎng)度呈V型曲線關(guān)系；等等�？諝夂退莾煞N常見的流體,但兩者具有不同的電特性,空氣通常是絕緣體,而水通常是電阻很大的導(dǎo)體,因此將兩者組合在一起進(jìn)行放電試驗(yàn)時(shí),表現(xiàn)出了其自身特有的現(xiàn)象和規(guī)律。文章中基于氣泡擊穿理論和空氣與水不同的電特性,對(duì)試驗(yàn)觀察到的各種放電現(xiàn)象與規(guī)律進(jìn)行了分析,對(duì)氣水間隙的擊穿機(jī)理進(jìn)行了研究。 第四,為了進(jìn)一步理解和掌握氣水間隙放電更普遍的規(guī)律,以便于工程應(yīng)用,本文在上述試驗(yàn)研究和機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,對(duì)氣水間隙的放電規(guī)律進(jìn)行了進(jìn)一步的分析探討,并利用數(shù)值擬合方法,建立了氣水間隙工頻放電特性相應(yīng)的數(shù)學(xué)解析式。計(jì)算與試驗(yàn)表明,所建立的數(shù)學(xué)解析式計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。 第五,在上述研究的基礎(chǔ)上,本文提出了一種氣水間隙和避雷器并聯(lián)的變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓新型保護(hù)方式,構(gòu)建了其控制系統(tǒng),研制了滿足系統(tǒng)要求的控制裝置樣機(jī)；介紹了保護(hù)裝置動(dòng)作原理、動(dòng)作條件和動(dòng)作過(guò)程,提出了110kV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)氣水間隙較為適宜的間隙距離取值范圍；針對(duì)典型故障情況下110kV不接地變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓進(jìn)行了整套保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明,本文提出的新型間隙與保護(hù)方式,可以較好的克服傳統(tǒng)保護(hù)方式的不足,以保護(hù)不接地變壓器中性點(diǎn)絕緣。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM862

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