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合闸时CVT分压电容暂态过电压的仿真研究

来源:小奈知识网
第35卷第6期 2014年l2月 电力电容器与无功补偿 Capacitor&Reactive Power Compensation Power VoJ.35 No.6 DeC.2014 合闸时CVT分压电容暂态过电压的仿真研究 王丹江,崔志铭,蔡冰冰,刘金友,刘春,李震彪 (华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室,湖北武汉430074) 摘要:电网合闸时在CVT分压电容上出现的暂态过电压会对CVT分压电容造成一定的损害。 使用Matlab/Simulink建&CVT暂态仿真模型,仿真不同合闸相角情况下分压电容暂态过电压; 同时研究线路等效电阻、电感值. ̄,LCVT参数对分压电容上出现的暂态过电压的影响,得到了这 些参数对暂态过电压的影响规律。仿真结果对CVT分压电容上暂态过电压的抑制研究、降低分 压电容故障率以及CVT运行具有重要价值。 关键词:分压电容;暂态过电压;合闸相角 中图分类号:TM451 .2 文献标志码:A 文章编号:1674.1757(2014)06—0046.06 Simulation Study on Transient Overvoltage of Dividing Capacitance of CVT at Closing Operation WANG Danjiang,CUI Zhiming,CAI Bingbing,LIU Jinyou,LIU Chun,LI Zhenbiao (State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China) Abstract:The transient overvohage on the voltage dividing capacitor has a definite harmfulness to the voltage dividing capacitance of CVT at closing operation of power network.The transient simulation model of CVT by the use of Matlab/Simulink is set up to simulate transient overvohage of the opening capacitor at different closing phase angles and,at the same time,to study influence of equivalent resistance of line,inductance and CVT parameters on the transient overvohage on the dividing capacitor and the influence rule of those parameters on the transient over voltage is obtained.The simulation result has signiifcant value in mitigation study of dividing capacitance on CVT,reducing fault rate of the dividing capacitor and operation of CVT. Keywords:voltage dividing capacitor;transient overvoltage;closing angle 0 引言 电容式电压互感器(CVT)是电网中的重要 穿等[3-7]。国内外专家已经就CVT铁磁谐振过程 做过大量研究,并能通过改进阻尼器的参数有效 消除铁磁谐振[s—n ;中间变压器、避雷器及分压电 测量和保护设备[1-2],广泛应用于高压、超高压系 统中。但运行经验表明,CVT仍易出现故障,如 由CVT中非线性元件引起的铁磁谐振,中间变 压器线圈绝缘击穿、部分短路,保护用避雷器受 容单元等故障可以通过CVT在线监测并辅以红 外测温技术及时的发现_7]。 虽然大部分故障容易被监测,但如何减少故 障是个难题。分压电容单元部分击穿是最常见的 故障之一.合闸时的暂态过电压是造成此故障的 过电压击穿以及高压、中压电容部分电容单元击 收稿日期:2014—05。26 ・46・ 2014年第6期 电力电容器与无功补偿 第35卷 的非线性电感模型流程图如图4所示,用 Simulink建立的非浅性电感模型如图5所示。 图4建立非线性电感模型流程图 Fig.4 Flow diagram in establishing nonlinear inductance model 图5用Simulink建立的非线性电感模型 Fig.5 Nonlinear inductance model set up by Simulink 2.3避雷器模型 避雷器可以等效为一非线性电阻。由于 Simulink中没有非线性电阻元件。可以采用类似 建立非线性电感模型的方法搭建子模块建立非 线性电阻模型。建立模型的流程如图6所示.依 照流程图所建立的模型如图7所示。 图6建立非线性电阻模型流程图 Fig.6 Flow diagram in establishing nonlinear resistancemodel Connection 图7用simulink建立的非线性电阻模型 Fig.7 Nonlinear resistance model set up by Sirnnlink 模型(见图2)中的其他参数设置:C =5.56 nF, C2=50 nF,Rk=900 Q,Lk=160 H,RD=1.5 Q,中间变 ・48・ 漏抗7.2 kQ,感性负载功率取1/4额定功率PL= l2.5 VA。R为线路等效电阻和接地电阻之和,仿 真中取R=I Q:L为线路等效电感,仿真中取L= 1 mH。开关0时刻闭合,电容上电压稳定后,二次 测量端电压基波有效值为57.53 V,近似等于额 定值57.7 V。 3分压电容暂态过电压仿真 笔者所用220 kV CVT稳定工作时,C 、C2上 的额定电压分别为:uc。 =220/、/3 xC2/(C。+C2): 114.3 kV, l晓N=220/、/3×C1/(C1+C2)=l2.7 kV。 3.1 不同合闸相角暂态过电压仿真 令合闸相角为 ,开关合闸时刻f 0,电源 初相角即为合闸相角,设置不同合闸相角进行 仿真计算。图8、9为C 和C 分别在0=0。和 = 9O。时的电压波形,其最大过电压都约为其额定 电压的2倍。仿真结果显示,在0=0。时(电源电 压过零点),电容上无暂态过电压;在 ≠0。时, 电容上有暂态过电压,且在电源电压为峰值时 (例如0=90。),暂态过电压最大。图10为过电 压倍数随合闸相角的变化曲线,可以看出在电 源电压峰值时刻即0=90o和0=270。时,过电压达 到2倍;合闸相角在一30。一30。及150。~210。时, 基本没有过电压。 t/ms (b) =90。 图8 0=-0。和 90。时 上的电压波形 Fig.8 Volatge waveform on c1 when 0=0。and 0=90。 2014年第6期 ・设计与研究・王丹江,等合闸时CVT分压电容暂态过电压的仿真研究 (总第156期) 图9 0。和 9o。时 上的电压波形 Fig.9 Voltage waveform on c2 when 0=-0。and 0=90。 0/(。) 图10过电压倍数随不同合闸相角变化曲线 Fi昏10 Variation curve of overvoltage amplitudes changing with diferent closing 图l1为C 上过电压波形的频率分布图,横 坐标为频率,纵坐标为谐波失真率。 图l1拈90。时 上暂态过电压频率分布 Fig.11 Frequency distribution of transient overvoltage on C1when0=-90。 图中标出基波电压幅值Fundamental(50 Hz): 161.4 kV,其有效值161.4 kV/、/ Uca ,而这个 主要高频谐波的频率为70.945 kHz,持续时间为 图8中标出的6.2 ins。并且在各种合闸相角下谐 波频率和其持续时间都保持不变。图9中 上过 电压波形的频率分布与图8中C 的完全一样。 图8 ̄11充分说明了C 、 暂态过电压变化 规律随合闸相角的变化一致.因此在以下的仿真 中只分析C 上的暂态过电压, 与其规律相同。 3.2不同R、L值及CVT参数暂态过电压仿真 为线路中的等效电阻.为了得到 值的变 化对C 上暂态过电压的影响,合闸相角取暂态 过电压最严重的情况0=90。,仿真中在保持其他 参数不变的时候, 分别取0.1 Q、1 Q、10 n、 100 Q,仿真结果见表1。同样在其他参数不变, 90。,条件下, 分别取值0.1 mH、1 mH、10 mH、 100 mH,仿真结果见表2。 表1不同R值仿真结果 Tab.1 Simulation results under different values of resistance 注: 代表最大过电压,-厂代表暂态过电压中高频谐波的 频率,t代表高频谐波持续时间,表2—3同表1。 表2不同L值仿真结果 Tab.2 Simulation results under different values of niductance 等效电容C。(Co=C +G2)是CVT的1项重要 参数,分压比 =(C +c2)/c。是固定参数。要仿真 电容值的变化对暂态过电压的影响。k不能变,否 则二次侧输出电压失准.同时要保证CVT工作在 谐振状态,即容抗1/(wC.)等于中间变漏抗和补 偿电抗器感抗之和 在其他参数不变, =90。条件下,不同C 、C 取值及仿真结果见表3。从表1~3所示仿真结果 可以看出,最大暂态过电压值 仍是两倍过电 压,不随£、C 的改变而改变,但会随R的增大而 ・49・ 2014年第6期 电力电容器与无功补偿 第35卷 下降。当R=100 n时,过电压下降为1.7倍。 表3不同 值仿真结果 Tab.3 Simulation results for different values of 另外,从表1~3还可看出,过电压中高频谐 波频率厂只随L、C 的增大而减小,与尺无关,这 是因为电路固有频率f_-1/(21T、/ C);暂态过电 压高频振荡谐波持续时间t与 无关,会随R 的增大、L的减小而减小。暂态过电压会随着高频 振荡谐波的持续而存在,所以减小其持续时间很 有必要.如图12所示。 t/mS (b)尺=1 Q, =1O0mH 图12两种 、L条件下的暂态过电压 Fig.12 Transient overvoltages for two kinds of values OfR and L 图12(a)中R=10 Q,L=I mH时,C 上电压 暂态过程1.5 ms就结束了,随后恢复稳定;而图 12(b)中,R=1 n,L=100 mH时,第1个工频周期 结束后,G 电压上的高频振荡波还存在,其过电 压仍高达1.9倍。 除了 、 和 ,笔者还仿真了CVT感性负 载功率和功率因数的改变对暂态过电压的影响, ・50・ 结果没有任何变化。 4结束语 仿真研究的结果以及对分压电容的保护措 施总结如下: 1)合闸相角为90。,即母线电压峰值时,CVT 分压电容上暂态过电压最大,为2倍过电压;合 闸相角为0。,即母线电压过0时,没有暂态过电 压。如果能选择零相合闸可以消除CVT上承受的 暂态过电压。 2)适当地增大CVT同母线之间的线路电阻 有利于减短暂态过电压持续时间,减小暂态过电 压.对分压电容起到一定保护作用;尽量减小 CVT与母线间线路的电感可以减短暂态过电压 持续时间;CVT等效电容 不会影响暂态过电 压的倍数以及持续时间,只是随着 的增大,暂 态过电压中的谐振波频率会减小。 3)CVT负载的变化不会引起分压电容上暂 态过电压的改变。因为CVT正常工作状态下,电 磁单元包括二次侧负载、阻尼器的总阻抗与C2并 联,且远大于 电容容抗,所以电磁单元以及负 载参数变化不会影响到分压电容上电压的变化。 参考文献 [1]李一泉,何奔腾,黄瀛.基于电容式电压互感器暂态误 差估计的自适应距离保护[J].中国电机工程学报, 2004,24(1O):72—76. 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