【摘 要】
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目前,我国已经有大量的特高压工程投入运行,初步形成了连接全国主要地区电网的交流特高压电网。二次电弧仍然是特高压输电的关键挑战。由于大多数特高压断路器采用双断口结构,与每个断路器并联安装的均压电容器可以进一步扩展,仅通过增加电容来抑制二次电弧,形成扩展均压电容(Extended Grading Capacitor,EGC)。EGC结构简单,不需要特殊的保护,且不限制并联电抗器的安装位置,能作为目前二
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目前,我国已经有大量的特高压工程投入运行,初步形成了连接全国主要地区电网的交流特高压电网。二次电弧仍然是特高压输电的关键挑战。由于大多数特高压断路器采用双断口结构,与每个断路器并联安装的均压电容器可以进一步扩展,仅通过增加电容来抑制二次电弧,形成扩展均压电容(Extended Grading Capacitor,EGC)。EGC结构简单,不需要特殊的保护,且不限制并联电抗器的安装位置,能作为目前二次电弧抑制措施的一种有效补充。本文基于EGC接入系统后能改变系统原有拓扑结构及参数,研究了EGC对电力系统相关暂态过程的影响。主要从失步故障开断特性和变压器合闸涌流电磁暂态特性两方面展开研究。首先,分析了双断口断路器EGC的等效电路;介绍了系统失步故障的基本原理以及断路器开断特性的相关标准;变压器合闸涌流产生的原理及与涌流抑制相关的选相合闸策略。其次,通过理论推导和仿真计算分析了EGC对失步故障开断特性的影响。建立了特高压线路的等效电路模型,基于拉普拉斯变换和行波理论,推导了失步故障时断路器电源侧和线路侧的电压。电源侧电压振荡和线路侧行波过程影响暂态恢复电压(Transient Recovery Voltage,TRV)的峰值和陡度。EGC使电源侧的电压从振荡状态转移到过阻尼状态,波的传播周期被延迟,使最初几微秒的TRV大大平滑。恢复电压上升率(Rate of rise of recovery voltage,RRRV)随着电容的增加而下降,尽管TRV略有增加。同时讨论了失步相位角、并联线路回数、并联电抗器和重合闸对开断性能的影响。失步相位角对TRV影响明显,但对初始RRRV的影响较小;并联线路回数越多,TRV和RRRV越低;并联电抗器最好安装在母线侧,以减少中断负荷;应尽量避免故障重合闸后的二次分闸,防止过高的TRV。此外,研究了剩磁状态以及合闸相角等因素对变压器涌流特性的影响。通过理论分析和仿真验证,研究了EGC对残余磁通的影响:较大的扩展均压电容值增大了微振荡的幅值,减小了残余磁通。仿真分析了断路器合闸不同时间分散性对涌流的影响以及EGC对特定时间分散性下涌流的影响。通过仿真验证了三同步合闸策略对三相励磁涌流的抑制作用,同时,考虑EGC引入导致关合前剩磁为周期振荡变量,提出按照平均剩磁水平制定同步合闸的最佳关合时间。通过仿真验证这种方法虽然不能完全抑制涌流,但可以将涌流控制在较低水平。
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