开题报告快速暂态过电压

1、本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目：超高压GIS中快速暂态过电压及其影响因素的研究学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 通信工程0902班 学生姓名： 代晓娣 学 号： 090404062 导师姓名： 刘振宇 开题时间： 2013年 3月 1日一. 课题的背景及意义1课题的国内外研究动态、目前的水平及发展趋势； 气体绝缘开关装置( Gas Insulated Switch-gears ,简称GIS)，GIS将断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器和连接的母线等封闭在金属壳内，充以SF6气体，作为相间和对地的绝缘。其中的隔离开关在分合空母线时,由于触头运动速度慢,开关灭弧性

2、能差,故触头间隙间会发生多次重燃。DS触头间隙两端的电压再几个纳秒内突然跌落，电压陡波在GIS内不断的产生行波，来回传播，并且发生复杂的折射、反射和叠加，从而形成了复制很高的快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage ,简称VFTO)1,2。 20世纪60年代以来，GIS以其占地面积小、不受环境条件影响、运行可靠、维护工作量小等优点而广泛应用于电力系统中。随着GIS电压等级的提高，因GIS中隔离开关、接地开关和断路器的例行操作引起的VFTO造成的事故也逐渐增多，受到人们越来越多的关注。关于GIS中VFTO的产生、特点及其影响因素、以及对GIS绝缘和相连设备影

3、响的研究，已成为国际高压电领域一个重要的研究课题。 随着超高压GIS在20世纪70年代末期的出现及我国2005年第一条750 kV线路的正式投入运行及百万伏电网的全面启动，VFTO现象及其危害已引起电力科研、设计、建设和运行工作者的高度重视，并进行了一定程度的研究国外在VFTO的产生机理和GIS中VFTO的计算研究已较为成熟，在GIS中VFTO的现场测试研究、VFTO下电气设备绝缘特性、GIS中限制VFTO的措施等研究方面还有待于进一步深入研究3。国外从20世纪80年代就开始进行VFTO的研究，而我国却推迟了十几年，所以在VFTO的研究上与国外存在一定的差距。近年来国内着力研究超高压GIS中的

4、快速暂态过电压的影响因素，由此探讨出抑制VFTO的方法，如今已有显著的成果。影响因素主要分为高压断路器的断口电容、被开断母线长度及残余电荷电压等GIS内部因素，和主变入口电容、高压电缆长度及波阻抗等外部因素，此外，开关弧道电阻的大小、电缆的长度以及是否采用氧化锌避雷器，它们对VFTO都有一定的抑制作用4-6。目前，国内还不能独立设计制造附带内部高频传感器的GIS产品，还需借助国外生产厂家的力量。国内再VFTO的抑制措施和测量方面做了很多的研究工作，预计在不久的将来将会转化成产品到实际中去。2.课题的研究的目的、意义及工作设想 在电力系统中，SF6气体绝缘变电站(GIS)中的隔离开关在分合母线时

5、，由于触头运动速度慢，开关本身的灭弧性能差，故触头间隙会发生多次重燃，引起高频振荡，形成上升时间极短的快速暂态过电压(VFTO)7。由于GIS系统内外装备的布局、管道传输损失、集肤效应等引起行波折射、反射不同，且VFTO的波头陡度很大，即使相距很近的两个设备VFTO波形，也可能出现明显的不同。当VFTO在GIS管道内流动时，高频电流的集肤效应使电磁波被限制在导体的外表面和外壳的内表面，并且遇到波阻抗改变时，就会产生折射和反射，所有在GIS管道产生多次反射和折射的各行波分量叠加在一起，形成VFTO波形。对直接与GIS连接的变压器，高达数兆赫兹频率的VFTO，可以通过SF6套管侵入变压器内部；对通

6、过两个套管和架空线，与GIS非直接连接的变压器，传播的频率约为1MHz左右。在上述两种情况下，VFTO均可侵入变压器绕组内部，危害变压器绕组内部绝缘。在超高压GIS出现以前,VFTO 并没有引起人们的注意。可是随着超高压GIS在七十年代末期的出现,VFTO的危害引起了普遍重视。实践表明,当电压等级较低时,VFTO的危害甚小,但在一定条件下,会引起300kV以上GIS内部的击穿或外接设备的事故,给电力系统带来很大损失。这种相当于雷电截波过电压作用的VFTO脉冲可引起420 kV及以上电压等级的GIS故障，不仅影响GIS可靠运行，而且对变电站内的高压设备特别是电感类设备(如电力变压器)的绝缘结构构

7、成很大威胁，近年来已引起相关部门对引起超高压GIS中快速暂态过电压的影响因素的研究的高度重视8。这些影响因素主要包括：VFTO陡波前冲击电压和VFTO含有几兆赫兹振荡频率。通过对实际发生绝缘事故的变压器产品进行分析，发现含有上述两种因素的VFTO波形，主要能引起以下两种绝缘事故:（1）VFTO陡波前冲击电压侵入变压器绕组内部可形成沿绕组极不均匀的电压分布，使首端匝间绝缘发生击穿。（2）VFTO 含有几兆赫兹振荡频率，与变压器部分绕组自然频率重合，会引起绕组局部电磁谐振，并可能在变压器绕组内部产生极高谐振过电压， 从而造成变压器绕组内部绝缘击穿9-11。因此，通过对GIS中VFTO相关内容的研究

8、，来分析GIS的绝缘性能，探讨超高压GIS中快速暂态过电压及其影响因素从而可以设计出抑制VFTO的有效方法的意义重大，可以有效地提高GIS运行的可靠性尽量减少产生超高压GIS系统的VFTO引起的故障的次数。为了研究超高压GIS中快速暂态过电压及其影响因素，首先了解GIS隔离开关操作与VFTO产生的关系，从而认识VFTO的产生机理，进而进行VFTO的数值计算分析，通过改变GIS变电站内部各设备等效参数，来讨论影响VFTO产生的内部因素和外部因素，通过理论推导建立计算VFTO的可靠数学模型，以印度瓦尔道拉变电站-800KV-GIS内部快速暂态过电压工程为例，利用暂态仿真软件ATP/EMTP对快速暂

9、态过电压的大小进行仿真计算，并研究影响其大小的各个因素，并提出抑制VFTO产生的合理的解决措施。二. 毕业设计的内容及任务1设计思想； 利用所学习的知识，首先学习快速暂态过电压的产生机理，再结合具体的CAD图形画出具体的主接线图，找出产生快速暂态过电压的本质物理量，罗列出此主接线图的大部分可能的接线方式，并选择其中的几种操作方式，对其进行计算，分析；再通过查找文献推导VFTO的数学模型；然后在数学模型的基础上，利用ATP/EMTP对选中的操作方式搭建模型然后运行进行仿真计算，通过对比和分析找出影响VFTO大小的不同因素，针对不同的影响因素分别改变其相应影响因素的参数，与原参数的VFTO波形进行

10、比较，看VFTO的大小是否改变，如果VFTO有明显的变小或变大，证明这个因素确实影响了VFTO的大小，最后得出合理的超高压GIS中快速暂态过电压的影响因素，并得出合适的抑制措施。查阅文献并学习VFTO的产生机理学习使用电磁暂态软件ATP/EMTP画出一次系统接线图确定可能的操作方式搭建数学模型并填入参数进行VFTO计算推测可能的GIS内部影响因素和外部影响因素改变断路器断开电容等GIS内部参数，并进行仿真改变主变入口电容等GIS外部参数，并进行仿真对比、分析数据得出结论2设计方案； 本文针对印度瓦尔道拉变电站-800KV-GIS内部快速暂态过电压工程，计算快速暂态过电压并探索影响VFTO的因素

11、，VFTO的计算及影响因素的研究主要分为三个步骤：准备工作、软件计算和报告撰写。以下对三个步骤进行分别介绍：1）准备工作计算VFTO的准备工作主要是对厂家提供的GIS数据、图纸和相关的原件等效参数进行整理，并针对实际情况画出一次系统电气接线图，然后根据一次系统接线图确定符合实际情况的操作方式。一般情况下，厂家提供的数据包括GIS平面布置图、GIS气隔图和相关原件的等效模型及参数。其具体步骤如下：1. 根据GIS气隔图的CAD图纸确定一次系统接线图，并标明相应原件的名 称和出线端口。以印度瓦尔道拉变电站-800KV-GIS内部快速暂态过电压工程为 例。2. 根据一次系统接线图确定符合实际情况可能

12、的接线方式，尽可能的全面。 选择操作方式的原则为：尽量使操作方式简单，单进单出线时尽可能使线路短一些；单机多线出和多机单线出时要求每个出线端口或每台工作变压器的线路都经过同一台断路器，并要求仿真此断路器断开的情况；多机多线出时，尽可能的使每台变压器的线路经过同一台断路器，同时尽可能的使线路简单；在选择操作隔离开关时，要选择远离变压器侧的隔离开关。3. 整理厂家提供的相关元件的等效模型及参数。2）软件计算计算GIS内部的VFTO是通过EMTP软件进行的，主要步骤可分为仿真电路模型搭建、参数的选择与输入和导出VFTO的时频波形图。1. 根据厂家给出的气隔图和相关原件的等效模型在EMTP软件内搭建仿

13、真 电路。2. 通过对GIS平面布置图中母线长度的测量，得出电路中经过每段母线的 长度，并将其值和相应原件参数输入到仿真电路当中。3. 运行EMTP软件，通过软件可以得到仿真电路中各点处的VFTO电压波形 图，从而可以确定各点处VFTO的幅值。4. 在运行软件的过程中，EMTP软件同时生成Pl4文件，将其导入名为 PL42mat的应用程序，可得到MATLAB.data.file文件，将此文件在MATLAB中打开，通过MATLAB的图形处理功能可得到仿真电路中各点处的VFTO时频电压波形图，对其进行频谱分析，可以观察得到VFTO波形的特点。5. 通过对VFTO进行仿真计算找出其可能的影响因素，影

14、响因素分为内部因 素和外部因素，内部因素有可能是断路器断开电容、被开断母线长度等，外部因素有可能是电缆长度及波阻抗、主变入口电容等。再根据其影响可能的影响因素先后改变GIS变电站内设备的等效参数，并利用ATP仿真得到不同参数下的仿真结果。如：先改变断路器开断电容的大小，仿真不同电容大小的VFTO波形，再改变被开断母线长度，仿真不同母线长度的VFTO波形，以此类推。最后通过对不同参数得到的VFTO波形进行对比、数据分析，得到相应的结论。3）报告的撰写计算报告的主要内容包括工程概述、相关计算资料、计算结果和简要分析。其中计算结果包括所确定操作方式下各点处VFTO的幅值和时频电压波形图。在得出计算结

15、果的前提下，对不同参数下GIS内部各点处VFTO的幅值进行比较，得出VFTO最大值所在处，并比较不同参数下的VFTO的大小，最终得出结论。3课题研究拟采用的方法和手段； 通过阅读大量国内外文献，首先了解超高压GIS变电站内快速暂态过电压的产生机理以及其相关的理论内容，并对其发生故障的地方进行相应的数值计算，探索产生VFTO的可能影响因素；再进一步掌握对超高压传输线路模型进行搭建；最后本课题利用ATP软件对GIS变电站中的设备不同的等效参数条件下进行仿真计算，得出各种情况下的VFTO波形，对其进行对比、数据分析，得到影响VFTO大小的因素。并根据计算及结果分析，给出不同情况下的最优抑制措施。4预

16、计毕业设计课题的最终目标及达到的水平。 通过理论推导和对印度瓦尔道拉变电站-800KV-GIS内部快速暂态过电压进行实例仿真计算，并对仿真的结果进行比对和分析，找到影响超高压GIS变电站内部快速暂态过电压的影响因素，并提出合理的解决措施，从而抑制超高压GIS中VFTO的产生，避免再次发生由VFTO引起的绝缘故障。 通过这次毕业设计的锻炼，不仅增强了本人的问题分析能力、自学能力、外文翻译能力、论文写作能力，还达到了理论与实际的结合，能够运用所学的理论知识解决实际中的问题，为将来从事电力系统及高压方向的各项研究工作打下了坚实的理论基础和技术基础。让我受益匪浅。三. 毕业设计工作计划及进度安排第1周

17、查阅资料（中文和英文）、了解快速暂态过电压的影响因素第2周查阅资料（中文和英文）、确定题目、翻译外文翻译第3周学习相关资料，捋顺设计思路、撰写开题报告第4周结合确定的设计方案完善开题报告，外文翻译 第5周熟悉暂态仿真软件的使用方法第6周对实例的GIS变电站产生的VFTO进行数值计算、并在matlab里进行频谱分析，讨论可能的影响因素第7周得出改变断路器开断电容等内部因素的参数的线路数学模型第8周得出改变主变入口电容等外部因素的参数的线路数学模型第9周用ATP搭建系统仿真模型，并在不改变参数的情况下进行仿真第10周对改变不同的内部因素参数的数学模型进行仿真第11周对改变不同的外部因素参数的数学模

18、型进行仿真第12周对比在GIS变电站不同设备参数的条件下的VFTO波形第13周分析波形、得出结论 第14周梳理论文写作思路，准备撰写论文第15周撰写论文第16周完善论文，准备答辩第17周答辩四. 主要参考文献1 尹晓芳.于力.刘广维.封闭式组合电器隔离开关产生的过电压期刊论文-中国电机工程学报2002(7)2 Salih C.Zijad B.Miroslav L Very fast electromagnetic transients in air insulated substations and gas insulated substations due to disconnector switching 20053 王森.孙强.卢江平等.GIS变电站特快速暂态过电压研究的技术现状-陕西电力科学研究院，陕西 西安 4 钟连宏，欧世尧，周红霞GIS中快速暂态过电压的分析及计算J高电压技术，2000，26(1)：60625 王晓晖，董华英，梁贵书，等VFTO下变压器绕组的EMTP模型J高电压技术，2004，32(3)：466 陈水明，徐绍军，何金良，等江苏抽水蓄能电站特快速暂态过电压分析J华东电力，2006，34(2)：26287 CIGRE W G33/13. Very