超特高壓GIS站變壓器VFTO傳播特性研究.pdf

1、我國(guó)的電力資源和需求呈逆向分布，特高壓輸電技術(shù)可以有效地改善能源分布不平衡的問題。在我國(guó)的超、特高壓工程中，GIS變電站在高電壓等級(jí)的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。GIS中的隔離開關(guān)在進(jìn)行開閘、合閘操作時(shí)，觸頭間可能會(huì)發(fā)生多次的間隙放電并產(chǎn)生電弧，進(jìn)而在GIS中產(chǎn)生高頻、高幅值的特快速暫態(tài)過電壓(VFTO)。這一過電壓很有可能造成GIS內(nèi)部元件以及與之相連的變壓器的絕緣老化，甚至擊穿。鑒于VFTO的多變性，目前國(guó)內(nèi)外電氣設(shè)備制造廠商未能出臺(tái)相

2、應(yīng)的絕緣防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。自從在GIS變電站中發(fā)現(xiàn)VFTO現(xiàn)象以來，GIS設(shè)備及大型電力變壓器中VFTO的分布情況，以及如何消除、抵御VFTO的影響，一直是設(shè)備制造廠家和電力運(yùn)行部門所關(guān)心的問題。為此本論文研究了超特高壓GIS站、變壓器中的VFTO計(jì)算方法。
　　本文首先分析了GIS中VFTO的成因，研究其仿真計(jì)算的方法和GIS變電站暫態(tài)模型。根據(jù)現(xiàn)有研究成果，整理了500kV電壓等級(jí)GIS變電站各電氣設(shè)備的模型及參數(shù)，通過對(duì)比參考文獻(xiàn)驗(yàn)

3、證了仿真方法的有效性。在PSCAD/EMTDC軟件中對(duì)實(shí)際的某500kV GIS站建立了VFTO仿真模型，計(jì)算了兩種操作方式下多點(diǎn)處的VFTO波形。然后根據(jù)VFTO的頻率特性，建立了變壓器繞組的完全多導(dǎo)體傳輸線模型，選擇了所適用的傳輸線類型，給出了模型中分布電阻、電感、電導(dǎo)參數(shù)的解析計(jì)算方法和分布電容參數(shù)的有限元計(jì)算方法。應(yīng)用有限元分析軟件ANSOFT計(jì)算了連續(xù)式繞組和內(nèi)屏蔽式繞組的匝間電容和餅間電容，并且通過平板電容器的電容值計(jì)算驗(yàn)證

4、了ANSOFT軟件使用的正確性。本文提出了一種計(jì)算VFTO下變壓器繞組電位分布的頻域算法，并運(yùn)用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，通過與Simulink中的仿真結(jié)果對(duì)比，證明了算法推導(dǎo)過程和程序編寫的正確性。最后，以連續(xù)式繞組和內(nèi)屏蔽式繞組模型為算例，給出了線圈內(nèi)部的VFTO計(jì)算結(jié)果。
　　本文利用有限元軟件計(jì)算繞組的分布電容參數(shù)，相比于傳統(tǒng)的平板電容公式，考慮到了繞組的邊界效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。為解決傳輸線方程求解過程中的矩陣

5、對(duì)角化問題，本文通過對(duì)分布參數(shù)的合理取舍，將問題簡(jiǎn)化為實(shí)對(duì)稱陣的對(duì)角化，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算過程的數(shù)值穩(wěn)定。在變壓器繞組傳遞函數(shù)頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換中，為避免運(yùn)算產(chǎn)生的時(shí)間混疊現(xiàn)象，本文研究了IFFT的參數(shù)設(shè)定方法。采用指定頻率正弦波激勵(lì)的方法驗(yàn)證了IFFT轉(zhuǎn)換的有效性，仿真結(jié)果表明計(jì)算誤差小于0.1％。與同類方法相比，本文直接對(duì)線匝的傳遞函數(shù)進(jìn)行傅里葉反變換，通過合理的參數(shù)設(shè)置基本消除了頻域到時(shí)域轉(zhuǎn)換過程中的混疊現(xiàn)象，該方法不對(duì)傳遞函數(shù)作近似簡(jiǎn)化處