专利名称：一种特快速瞬态过电压水平确定方法
技术领域：
本发明属于高压隔离技术领域，具体涉及一种特快速瞬态过电压水平确定方法。
背景技术：
气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)隔离开关操作会产生特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage, VFTO),威胁设备的绝缘。目前工程中VFTO下绝缘配合方法主要以设备雷电冲击绝缘水平(Lightning Impulse withstandvoltage, LIWV)为依据，在设备LIWV与计算所得最严重VFTO之间考虑一定的安全裕度(普遍采用15%)。在确定VFTO水平时，仅取最严重工况下，变电站GIS设备中不同位置处的VFTO最大值作为绝缘配合的基础，没有考虑VFTO幅值的概率特性和空间分布特性。超/特高压GIS中的隔离开关操作时，由于其动作速度较低，会产生数十次的触头间隙重复击穿，和产生幅值较高、陡度很大、频率很高的特快速瞬态过电压(VFT0)，严重时可能造成GIS设备及变压器损坏。图1为GIS隔离开关切合空载短母线发生触头间隙重复击穿产生VFTO的电路原理图。以隔离开关分闸为例，当隔离开关触头分离后，空载母线处于悬浮电位状态，电源侧为工频电压不断变化，在触头间隙形成恢复电压，当恢复电压超过触头间隙介质绝缘强度时，触头间隙击穿产生电弧，并产生VFT0。当VFTO衰减结束时，电弧熄灭，空载母线回到悬浮电位状态，直到下一次击穿，如此形成重复击穿过程。每次击穿过程都会产生VFTO。分闸过程隔离开关两侧电压典型波形如图2和图3所示。合闸过程原理类似。目前绝缘配合方法在确定VFTO水平时，只考虑最严苛的情况，即假定隔离开关触头间隙两侧电压为工频峰值且相位相反的情况下击穿，得到最严重的VFT0，没有考虑到隔离开关操作所产生VFTO幅值的概率特性。隔离开关操作产生的VFTO受到隔离开关操作时亥IJ、开关动态特性等的影响，其幅值具有很强的随机性，出现上述最严重情况的概率极低，与隔离开关操作产生VFTO的实际情况并不相符。此外，目前绝缘配合方法在确定VFTO水平时，只考虑隔离开关操作时所有设备中最大的VFTO ;而实际隔离开关操作产生的VFTO在设备不同位置幅值有很大差异，较大VFTO可能仅出现在个别点，不需要针对所有的设备、所有的隔离开关都采取同样的措施。综上，目前的VFTO绝缘配合方法确定VFTO水平时，没有考虑到VFTO的概率特性和空间分布特性，可能会导致工程采用不必要的措施，成本增加。

发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种特快速瞬态过电压水平确定方法，充分考虑隔离开关操作产生VFTO的概率特性、空间分布特性，以达到优化绝缘配置、降低成本的目的。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案提供一种特快速瞬态过电压水平确定方法，所述方法包括以下步骤
步骤1:建立模拟隔离开关操作过程产生特快速瞬态过电压的电磁暂态仿真模型；步骤2 :对特快速瞬态过电压进行仿真计算，统计得到变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压幅值概率分布；步骤3 :统计变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压水平。所述步骤I中，电磁暂态仿真模型包括GIS母线模型、GIS元件仿真模型和隔离开关仿真模型。所述GIS母线模型基于变电站GIS布置参数建立，反映GIS母线长度、波阻抗和波速；所述GIS元件仿真模型基于避雷器、变压器、电压互感器和套管的GIS元件设备参数建立；所述隔离开关仿真模型基于特性参数建立，反映隔离开关操作过程多次重复击穿过程。所述特性参数包括隔离开关触头间隙变化特性参数和隔离开关触头间隙击穿电压特性参数。所述步骤2包括以下步骤步骤2-1 :将隔离开关操作时刻作为随机量，随机操作N次，其中N>100 ；步骤2-2 :统计每次操作过程中变电站不同电力设备处产生特快速瞬态过电压最大值；步骤2-3 :对于某一电力设备得到N个特快速瞬态过电压，对此N个特快速瞬态过电压做概率分析即可得到不同特快速瞬态过电压最大值幅值的概率分布。对特快速瞬态过电压进行仿真计算过程中产生影响的因素包括隔离开关操作时发生多次重复击穿、隔离开关操作时刻的随机性、变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压和隔离开关的分/合闸操作；所述电力设备包括变压器、套管、隔离开关、断路器和GIS母线。所述步骤3中，取某一电力设备出现概率不超过5%的特快速瞬态过电压最大值，作为该电力设备的特快速瞬态过电压水平。与现有技术相比，本发明的有益效果在于本发明考虑到隔离开关操作所产生特快速瞬态过电压水平幅值的概率特性，采用统计的方法得到特快速瞬态过电压水平的概率分布，同时考虑了不同电力设备特快速瞬态过电压水平的空间分布，分别确定不同电力设备上的VFTO水平。与实际情况相符，以此为基础选择抑制措施，并进行绝缘配合，可优化绝缘配置，节省了成本。


图1是GIS隔离开关切合空载短母线发生触头间隙重复击穿产生VFTO的电路原理图；图2是GIS隔离开关操作电源侧电压波形图；图3是GIS隔离开关操作负载侧电压波形图；图4是特快速瞬态过电压水平确定方法流程图5是本发明实施例中VFTO概率分布图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。如图4，提供一种特快速瞬态过电压水平确定方法，所述方法包括以下步骤步骤1:建立模拟隔离开关操作过程产生特快速瞬态过电压的电磁暂态仿真模型；步骤2 :对特快速瞬态过电压进行仿真计算，统计得到变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压幅值概率分布；步骤3 :统计变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压水平。所述步骤I中，电磁暂态仿真模型包括GIS母线模型、GIS元件仿真模型和隔离开关仿真模型。所述GIS母线模型基于变电站GIS布置参数建立，反映GIS母线长度、波阻抗和波速；所述GIS元件仿真模型基于避雷器、变压器、电压互感器和套管的GIS元件设备参数建立；所述隔离开关仿真模型基于特性参数建立，反映隔离开关操作过程多次重复击穿过程。所述特性参数包括隔离开关触头间隙变化特性参数和隔离开关触头间隙击穿电压特性参数。所述步骤2包括以下步骤步骤2-1 :将隔离开关操作时刻作为随机量，随机操作N次，其中N>100 ；步骤2-2 :统计每次操作过程中变电站不同电力设备处产生特快速瞬态过电压最大值；步骤2-3 :对于某一电力设备得到N个特快速瞬态过电压，对此N个特快速瞬态过电压做概率分析即可得到不同特快速瞬态过电压最大值幅值的概率分布。对典型特高压变电站，隔离开关操作所得到的某点处的VFTO概率分布如图5，对于该隔离开关操作产生幅值为2. 2^2. 3p. u.的VFTO的概率为5%。如果采取现有通用的绝缘配合方法，计算得最严重VFTO为2. 4p. u.，高于考虑了概率特性后的计算结果。对特快速瞬态过电压进行仿真计算过程中产生影响的因素包括隔离开关操作时发生多次重复击穿、隔离开关操作时刻的随机性、变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压和隔离开关的分/合闸操作；所述电力设备包括变压器、套管、隔离开关、断路器和GIS母线。所述步骤3中，取某一电力设备出现概率不超过5%的特快速瞬态过电压最大值，作为该电力设备的特快速瞬态过电压水平。如可获得不同设备的VFTO水平如表I所示。表权利要求
1.一种特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 步骤1:建立模拟隔离开关操作过程产生特快速瞬态过电压的电磁暂态仿真模型； 步骤2 :对特快速瞬态过电压进行仿真计算，统计得到变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压幅值概率分布； 步骤3 :统计变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压水平。
2.根据权利要求1所述的特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于所述步骤I中，电磁暂态仿真模型包括GIS母线模型、GIS元件仿真模型和隔离开关仿真模型。
3.根据权利要求1所述的特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于所述GIS母线模型基于变电站GIS布置参数建立，反映GIS母线长度、波阻抗和波速； 所述GIS元件仿真模型基于避雷器、变压器、电压互感器和套管的GIS元件设备参数建立； 所述隔离开关仿真模型基于特性参数建立，反映隔离开关操作过程多次重复击穿过程。
4.根据权利要求1所述的特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于所述特性参数包括隔离开关触头间隙变化特性参数和隔离开关触头间隙击穿电压特性参数。
5.根据权利要求1所述的特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于所述步骤2包括以下步骤 步骤2-1 :将隔离开关操作时刻作为随机量，随机操作N次，其中N>100 ； 步骤2-2:统计每次操作过程中变电站不同电力设备处产生特快速瞬态过电压最大值； 步骤2-3 :对于某一电力设备得到N个特快速瞬态过电压，对此N个特快速瞬态过电压做概率分析即可得到不同特快速瞬态过电压最大值幅值的概率分布。
6.根据权利要求5所述的特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于对特快速瞬态过电压进行仿真计算过程中产生影响的因素包括隔离开关操作时发生多次重复击穿、隔离开关操作时刻的随机性、变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压和隔离开关的分/合闸操作；所述电力设备包括变压器、套管、隔离开关、断路器和GIS母线。
7.根据权利要求1所述的特快速瞬态过电压水平确定方法，其特征在于所述步骤3中，取某一电力设备出现概率不超过5%的特快速瞬态过电压最大值，作为该电力设备的特快速瞬态过电压水平。
全文摘要
本发明提供一种特快速瞬态过电压水平确定方法，包括以下步骤建立模拟隔离开关操作过程产生特快速瞬态过电压的电磁暂态仿真模型；对特快速瞬态过电压进行仿真计算，统计得到变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压幅值概率分布；统计变电站不同电力设备上的特快速瞬态过电压水平。本发明充分考虑隔离开关操作产生VFTO的概率特性、空间分布特性，优化了绝缘配置、降低了成本。
文档编号G01R31/327GK103063985SQ20121055549
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者韩彬, 陈维江, 林集明, 项祖涛, 班连庚, 韩亚楠, 周佩鹏, 杜宁, 杨大业 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司