应用于并联型高压断路器的高耦合度分裂电抗器高频暂态过电压研究

论文摘要

高耦合度分裂电抗器作为并联型高压断路器的核心设备,担负着在断路器开断过程中对并联支路的的均流和限流任务。当并联型高压断路器的两条支路熄弧时间出现不一致时,在先开支路熄弧瞬间,高耦合度分裂电抗器上会突然遭受一个幅值达0.5倍系统相电压幅值的陡波电压侵袭。在这样一个陡波作用下电抗器内部会产生高频电磁振荡,从而导致电抗器上高频暂态过电压的出现,这一高频暂态过电压对电抗器内部绝缘以及先开断路器断口间绝缘都会造成一定的威胁。要分析在陡波作用下高耦合度分裂电抗器高频暂态过电压对电抗器绝缘以及断路器先开端口间绝缘的影响,须先获知电抗器上高频暂态电压的分布及其随时间的变化,而这需要通过建立能合理描述电抗器电磁振荡的高频等效电路并求解这样一个电路才能得到,因此本课题的关键内容是高耦合度分裂电抗器高频等效电路的建模以及求解。为此,本文分析比较了目前已有的几种绕组的高频等效电路建模方法的优缺点,及各种方法的适用范围。在综合考虑了模型的精度、求解电路的计算量以高频电磁振荡性质的基础上,选择了集总参数建模法来建立高耦合度分裂电抗器的高频等效电路。在建立高耦合度分裂电抗器高频等效电路的模型过程中,本文通过类比-放大平行直多导体系统的MTL微元电路和微元方程的方法,方便地获得了高耦合度分裂电抗器集总参数高频电路模型和集总参数电路方程。在解算该电路方程的过程中,本文一方面结合断路器在非平衡开断时的电路边界条件,通过分离强制变量-删除非独立变量的方法,获得了能描述整个高频电路状态的变量最精简、形式最简单的方程;另一方面,本文推导了基于“梯形法则”的大规模微分方程组的数值解法,并提出了针对该方法的一次误差修正,在保证了一定精度的情况下,较大幅度提高了方程的解算效率。此外,在高频电路参数计算过程中,本文推导出了基于环形电荷电势计算方程的绕组杂散电容计算法,克服了空心电抗器杂散电容参数难于计算的问题。应用所推导出建模和求解方法,本文计算了12kV筒式空心高耦合度分裂电抗器样机在陡波作用下的高频暂态过电压。通过分析过电压的分布发现,在先开支路发生非平衡开断的瞬间,12kV高耦合度分裂电抗器筒间绝缘最危险地方在电抗器高度的下55%-85%区域,而电抗器匝间绝缘最危险的区域在靠近线匝首末两端5匝范围内。通过对12kV高耦合度分裂电抗器非接地支路末端的电压振荡发现,电抗器末端的电压振荡主频达到2MHz,振荡电压最高可达到1.5倍相电压幅值,因此本文推测高耦合度分裂电抗器的内部高频电磁振荡可能会使先开断路器的断口暂态恢复电压幅值和上升率都朝着增大的方向发展,进而加大了先开断口触头间绝缘的负担。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 高耦合度分裂电抗器高频暂态过电压研究的目的及意义
• 1.2 课题背景及国内外研究概况
• 1.3 课题设想和预期目标
• 2 并联型高压断路器及其非平衡开断过程陡波电压的产生
• 2.1 基于高耦合度分裂电抗器的并联型高压断路器
• 2.2 分平衡开断过程陡波电压关键参数分析
• 3 高耦合度分裂电抗器高频集总参数电路的建模与求解
• 3.1 电抗器高频电路模型类别的选择
• 3.2 高耦合度分裂电抗器高频集总参数电路模型及其电路方程的建立
• 3.3 高耦合度分裂电抗器高频集总参数电路方程的优化求解
• 3.4 高耦合度分裂电抗器高频等效电路参数计算
• 3.5 小结
• 4 12kV 高耦合度分裂电抗器样机高频暂态过电压分析
• 4.1 12kV 高耦合度分裂电抗器样机简介
• 4.2 12kV 高耦合度分裂电抗器非平衡开断高频暂态过电压分析条件
• 4.3 12kV 高耦合度分裂电抗器高频暂态过电压计算结果分析
• 4.4 小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文