金属氧化物避雷器moa在电力设备上的应用

金属氧化物避雷器moa在电力设备上的应用

0金属氧化物避雷器moa联邦电气源补偿是指连接到线的电池，以补偿线路的电阻力。采用串联电容补偿是提高交流输电线路输送能力,控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济的方法。但在故障和重合闸动作时可能会在系统中引起很大的过电压。串补装置中使用的金属氧化物避雷器(以下简称MOA)主要是为了限制输电线路故障条件下在串补装置的电容器组上产生的工频过电压。我国超高压电网已经应用MOA作为输电线路、串联电容补偿等电力设备的过电压保护[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。1多单元串联结构模式MATLABPSB中,电涌放电器模块是过电压保护的非线性电阻器,即MOA作为高能量释放通道应用的场合,它由几柱金属氧化物电阻片(以下简称MOA)合并安装在同一个瓷套中。金属氧化物电阻片的伏安特性曲线见图1。每一柱金属氧化物电阻片的非线性伏-安特性用指数型函数数学模型表示为式(1)中,Uref和Iref分别为参考电压和参考电流,ki与αi为第i(i=1,2,3分别对应伏安特性的小电流区、非线性区和饱和区)段曲线的系数。而通常避雷器的伏-安特性表示为式(2)中,C为常数,与电阻片的材料和尺寸有关;α为非线性系数。由于串补度的限制,串补电容器组的额定电压一般不会很高,在几十千伏,这将使MOA的额定电压也在几十千伏的水平。由于功耗大、额定电压低,这种MOA必须采用多单元并联模式,甚至每个单元也必须采用多柱并联结构。这种多单元并联模式以及多柱并联结构应能够使流过MOA的线路故障电流被尽可能均匀地分配在各单元以及各柱上,使流过每一个金属氧化物电阻片的线路故障电流在几百安。在单个氧化锌电阻片的通流容量满足技术要求的情况下,电阻片的串联个数m基本上取决于MOA最大允许长期工作的电压和残压。而保护串补电容器组的MOA要求电阻片的通流容量很大,单柱电阻片的无间隙金属氧化物避雷器很难满足要求,所以MOA必须采用多柱电阻片并联结构。设总柱数为N,MOA电阻片的串并联示意图见图2。2系统模拟模型2.1线路工频过错补偿图3中,6台350MVA的发电机通过1条单回路600km的输电线路与短路容量为30000MVA的系统相连。输电线路电压等级为735kV,由2段300km的线路串联组成。为了提高线路输送能力,对两段300km的线路L1和L2进行串联补偿,补偿度为40%,2段线路上均装设330MVar的并联电抗器,用于限制高压线路的工频过电压和操作过电压。补偿设备接到母线B2的线路侧,B2通过一个300MVA、735kV/230kV/25kV的变压器向230kV侧的250MW负荷供电,变压器接线方式为Y0-Y0-Δ。图3中电容器过电压保护是由串联电容器补偿装置实现的。串联电容器补偿装置由串联电容器组、MOA、放电间隙和阻尼阻抗组成,见图4。过电压保护主要是指对串联电容器组的保护以及对过电压保护元件本身的保护。过电压保护元件本身的保护主要包括MOA的过热保护以及放电间隙的保护。这种过电压保护方案既能使串联电容器组在线路故障时得到有效的过电压保护,同时又能在故障清除后,在绝大多数情况下使串联电容器组和线路一起立即投入运行,恢复送电。在众多的MOA保护方案中,MOA限压器是串联补偿装置中电容器组的基本过电压保护设备,它将电容器组的过电压限制到规定的最大水平以内。当MOA限压器的能量达到阈值或MOA限压器的温度太高时,MOA限压器就被并联的强制触发的火花间隙所短路。带间隙MOA保护具有后备保护功能,适用于短路电流比较大的系统,可大幅度降低MOA的容量要求,降低过电压装置的费用。2.2a产品中产生c根据“三相故障模块”参数对话框,设置1/60s时发生a相接地故障,产生所需要的过电压。设置线路1两侧的断路器CB1、CB2在5/60s时断开并切除故障线路。2.2.1新型moa的工作特性在模块中选择连续系统仿真,仿真参数设置为仿真结束时间0.2s,算法为变步长ode23tb。其余值取系统缺省值,启动仿真,观察母线上的三相电压和电流波形见图5。a相接地故障时的三相短路电流波形见图6。a相串联补偿装置上放电间隙上Gap的电压、MOA上的电流和MOA能量波形见图7。可见,仿真开始时,系统已经处于稳定状态,t=0.0167s时,a相发生接地故障,最大故障电流为10kA(见图6),MOA每半个周期导通一次(见图7(b)),使MOA中存储的能量阶梯上升(见图7(c))。当t=0.0833s时,线路上的继保装置动作,断路器CB1和CB2断开(见图5(b)),MOA中存储的能量不再发生变化,维持为13MJ(见图7(c))。由于MOA中存储的能量未超过阈值30MJ,因此放电间隙不动作,Gap上的电压缓慢减小(见图7(a))。断路器断开后,故障电流降到一个非常小的数值并在第1个过零点时降为0(见图6);串联电容器中的残余电荷通过线路、短路点和并联电抗组成的回路放电,直到故障电流降为0,串联电容放电结束,电压在220kV附近波动(见图7(a))。2.2.2气隙放电故障的血压特性根据“三相故障模块”参数对话框,设置三相接地故障。再次仿真,仿真结果见图8~图10。由图10可见,在MOA中能量存储的速度明显高于单相接地故障,能量在故障后3个周期时到达30MJ的门槛阈值(图10(c)),于是放电间隙Gap被触发,串联电容器通过气隙放电,电容器上电压在线路断路器开前已快速降至0(图10(a))。由于此时断路器尚未动作,因此母线B2上电压降为0,第5个周期后,断路器动作,将故障与母线B2隔离,母线B2上电压逐步得到恢复(图8(a))。3多单元串联保护装置利用对串联电容器补偿过电压的保护,研究了MOA的数学模型,根据系统发生单相故障和三相故障,在对串联电容器补偿装置产生过电压及其保护过程仿真。较好地反映了MOA保护过程产生的电流和能量以及与气隙放电的绝缘配合,实现了过电压保护补偿装置快