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 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牛6 0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 02. 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，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 o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VFT0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，VFT0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VFT0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。这些影响因素主要包括：VFTO陡波前冲击电压和 VFT0 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 VFT0 波形，主要能引起以下两种绝缘 事故： （1）VFT0 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） VFT0 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，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 VFT0 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 VFT0 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 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* 、画出一次系统接线图V推测可能的GIS內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， 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