4.雷电冲击过电压下通过特高压CVT冲击电流测量-CICED2016.docVIP

适用于特高压工程串补平台侧的特高压电容式电压互感器 李璿1 吴士普1 王平2 王晓琪1 中国电力科学研究院1 华北电力大学2 摘要： 特高压系统中，采用隔离开关切合串补平台时，由于隔离开关触头间的重复击穿及快速暂态过程，会产生高幅值和高陡度的快速暂态冲击电流。快速暂态冲击电流会引起邻近的特高压电容式电压互感器（CVT）发生故障。本文首先利用ATP-draw建立了特高压串补平台侧隔离开关操作的等效模型，计算结果表明降低CVT额定电容量可以有效降低通过其本体的冲击电流幅值；之后分析了降低额定电容量对特高压CVT误差性能的影响，确定将特高压CVT额定电容量由5000pF降低至2000pF；最后，搭建了雷电冲击电压下特高压CVT脉冲电流测量系统，对雷电冲击下通过额定电容量为2000pF及5000pF的特高压CVT的脉冲电流进行了测量。测量结果表明：在特高压CVT顶端施加幅值为1550kV，波头/全波时间为5.5/67的雷电冲击过电压时，通过额定电容量为2000pF的特高压CVT的冲击电流幅值为1.46kA，通过额定电容量为5000pF的特高压CVT的冲击电流幅值为2.66kA，降低特高压CVT额定电容量可有效降低通过其本体的冲击电流幅值，提高特高压串补隔离开关操作时特高压CVT设备的可靠性。 引言 串联电容补偿技术可有效提高输电线路的输电能力和输电系统的稳定性，在远距离大容量输电中得到广泛应用。我国晋东南-南阳-荆门交流特高压扩建工程就采用了固定串联电容器的无功补偿方式。固定式串补装置（fixed series capacitors, FSCs）主要由串补平台、旁路断路器、旁路隔离开关及串联隔离开关组成。串补平台为高电位平台，补偿电容器组和所有控制保护装置都安装在此平台上，在串补平台出线侧安装有一台特高压CVT，用于监测线路电压，并为继电保护装置提供电压信号。 当FSCs在带电运行和退出维护2种状态之间转换时，存在隔离开关投切串补平台的操作。隔离开关操作时由串补平台对地电容、线路电感及邻近特高压CVT主电容组成的串联电路中出现的暂态过程存在引起特高压CVT元件故障的可能，影响了电网的运行可靠性。文章《采用特高压隔离开关切合固定串补平台的电容式电压互感器的快速暂态试验》的研究结果表明：高幅值和高陡度的高频振荡冲击电流，是导致CVT内部击穿损坏的原因。因此，需要在尽量不影响已投运特高压变电站整体结构的前提下，通过对特高压CVT技术参数优化设计，降低通过CVT冲击电流幅值及陡度，提高其可靠性。 本文首先建立了特高压串补平台隔离开关操作仿真计算等效模型，通过计算得出：降低CVT额定电容量可以有效降低通过其本体的冲击电流幅值；之后分析了降低额定电容量对特高压CVT误差性能的影响，并最终确定将特高压CVT额定电容量由5000pF降低至2000pF，同时研制了特高压CVT样机。最后，本文在相同雷电冲击过电压下，对通过额定电容量为2000pF及额定电容量为5000pF的特高压CVT的冲击电流进行了测量，验证了降低额定电容量对冲击电流幅值的抑制作用。 额定电容量对通过CVT脉冲电流幅值的影响 在FSCs中，电容器组、阻尼装置、保护装置集中布置在一起，成套安装在一个串补平台上。CVT、旁路断路器、旁路隔离开关、串联隔离开关则直接安装在串补平台外部，具体接线如图1所示。 图 特高压串联补偿装置主接线图图中：QS1、QS2为串联隔离开关；QS3为旁路隔离开关；QF为旁路断路器；MOV为金属氧化物限压器；G为阻尼装置。 图2 串补平台隔离开关操作的等效回路 图中：L0为电源侧线路电感，L为隔离开关至CVT线路电感，R1为串补装置低压母线首端与等电位连接点之间母线的电阻，C1为串补平台对地电容，R2为CVT电容分压器内部电阻，L2为电容分压器内部电感，C2为CVT额定电容量。 操作回路中各元件取值如表1所示。 表1等效回路中各元件取值 电容分压器 母线 FSCs 电路参数 R2 L2 C2 L R1 C1 33 5 / 20 10 8000 表1中，R单位为Ω，L单位为μH，C单位为pF。 分别将C2电容量设为2000pF、5000pF及10000pF，操作隔离开关，计算得到脉冲电流波形如图3所示，对应的脉冲电流幅值如表2所示。计算结果表明，降低C2额定电容量，有利于降低通过C2的冲击电流幅值。 图3 通过不同额定电容量CVT冲击电流波形 图中：红色—额定电容量为2000pF CVT脉冲电流波形 绿色—额定电容量为5000pF CVT脉冲电流波形 蓝色—额定电容量为10000pF CVT脉冲电流波形 表2 CVT的额定电容量与脉冲