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电力系统中的高频过电压根据其波形特征可分为三类,其中快波前过电压(波前时间0.1~20μs)主要是由雷击引起的,作用时间短且幅值远高于设备正常工作电压,对电力系统中设备的安全运行存在较大的威胁,有必要对相应设备在快波前过电压下的暂态过程进行分析。对于快波前过电压所作用的设备中,有一类典型电气结构其暂态过程复杂分析困难,这就是芯管型电气结构。芯管型电气结构的特点是具有内外两层导电部件,具有芯管结构的代表性设备是风力发电机塔筒和GIS套管,快波前过电压作用在设备上时两层电气结构间的耦合作用是芯管结构在暂态分析中必须考虑的因素。针对快波前过电压下芯管结构电气设备暂态过程分析这一问题,本文的主要开展了以下两个部分的研究工作,一是探索电气设备中芯管电气结构的建模方法;二是对具有典型芯管结构的电气设备过电压进行仿真分析。主要的工作内容和成果如下:(1)提出了大尺寸芯管结构考虑分布参数特性的建模方法。以相对地面布置方式的不同分为垂直与平行于地面芯管电气结构,对这两类芯管结构根据各自的特点分别以等值电路网络的方法进行建模,芯管电气结构代表性设备是风力发电机塔筒和GIS套管,给出了相应模型中主要参数的计算方法。(2)研究得到了快波前过电压下具有垂直芯管结构的风电机组的暂态过电压的分布规律及影响因素。根据实际风机结构对风机塔体垂直芯管结构的电气参数进行了计算,建立了风电机组快波前过电压下的暂态过电压分布整体仿真计算模型,基于该模型,对过电压波传播路径上塔体与内部电缆的过电压分布规律进行了分析,并讨论了不同接地电阻、接地方式、雷电流参数、避雷器配置方案对过电压分布的影响,开展了过电压抑制措施的研究。(3)研究得到了快波前过电压下具有水平芯管结构的GIS与GIL设备的暂态过电压的分布规律及影响因素。根据水平芯管结构建模方法搭建了包括GIS与GIL设备、暂态接地网和试验所用冲击电压发生器在内的整体等效模型,对冲击耐压试验过程中外壳在快波前过电压下的暂态地电位升进行了计算。并针对性的讨论了雷电冲击试验中GIS暂态地电位升的抑制措施,分析结果表明GIS壳体地电位升高会受到设备接地引线参数、地表情况、GIS设备与接地网连接条件的影响。