摘要
在气体绝缘变电站（Gas Insulation Substation，GIS）中的隔离开关操作会产生特快速暂态过电压（Very Fast Transient Overvoltage，VFTO），导致相关电气设备绝缘损坏，降低电力系统的稳定性。随着超高压、特高压输电工程的发展，VFTO对于电力系统的危害变得越来越严重。仿真分析由于其成本低、参数改变灵活、安全，是研究VFTO的重要手段。而在VFTO的仿真分析中，最为关键的便是建立一个准确的隔离开关电弧模型，以及VFTO波形的抑制措施研究。国内外专家对此进行了大量的理论分析、仿真建模、现场实验等。本文旨在建立一个精确的隔离开关电弧模型以及探索一个合理抑制VFTO波形的方法。 论文首先比较了几种常见的隔离开关电弧模型，分析隔离开关操作产生VFTO的基本原理，在已有的指数电弧模型、分段电弧模型、黑盒模型的基础上对其进行改进，提出了时变电阻电容电弧模型。相对于常见的传统隔离开关电弧模型只考虑电弧燃烧时的电阻变化过程，时变电阻电容电弧模型在考虑燃弧电阻的基础上，还考虑了动静触头间隙变化导致的断口电容的变化。在建立好的电弧模型的基础上，通过利用 ATP-EMTP进行仿真分析，比较快速动作隔离开关、并联合闸电阻、金属氧化物避雷器、铁氧体磁环等几种常见的抑制VFTO的抑制措施，同时针对铁氧体磁环容易饱和的缺陷，在应用超高压、特高压系统中，磁环尺寸比较大，不利于系统整体的经济性。通过分析磁环的特性，建立了磁环尺寸的数学模型，基于粒子群优化算法对磁环尺寸进行优化。最后，分别在1100 kV GIS中进行抑制VFTO的仿真实验，验证优化前后的磁环抑制效果。 论文建立的隔离开关时变电阻电容电弧模型，通过测量波形与仿真波形的比较，吻合度比较好，表明建立的隔离开关模型可以作为VFTO波形的研究；对现有VFTO的抑制方法，在幅值方面进行对比分析，得出了铁氧体磁环优化效果相对较好；基于粒子群优化算法对磁环尺寸进行了优化，在保证抑制VFTO的效果前提下，得出了最优磁环尺寸。
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