【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電壓的運(yùn)算形式為 221si nc o s)()()()()(?????????PPEmPEPZPLPZpEPUrkrk 式中 E（ p） 電源電壓運(yùn)算形式； PL電源內(nèi)電感的運(yùn)算形式電抗； Zrk（ p） 運(yùn)算形式的空載長(zhǎng)線路首端的入口阻抗， Zrk（ p） =Zc1cthα（ p） l。 線路末端的運(yùn)算形式則為 U2（ p） =k12（ p） U1（ p） 14 式中 K12（ p） 線路首端到末端的傳遞函數(shù)，對(duì)于空載長(zhǎng)線路 K12（ p） =1/chα（ p） l 線路末端電 壓的運(yùn)算表達(dá)式為： lPchlPc t hZPL lPc t hZPPEP CS Cm )(1.)()(.c o sc o s)( 1122 ???? ??? ???? 利用分解定理，可得合閘后線路末端的電壓表達(dá)式為： ??? ???? 12 )c o s ()c o s ()( i iii tAtAtU ???? 由上式可以看到，過(guò)度過(guò)程中線路上電壓由穩(wěn)態(tài)分量 Awcoswt 和自由分量 ∑ Aicoswit 組成，其中自由分量是由各諧波分量 Aicoswit 組成。由物理概念可知，各分量的振幅 Ai，Ai 與電源及線路參數(shù)有關(guān)，各分量的振蕩角頻率 Wi 則有電源內(nèi)電感及線路參數(shù)所決定，不同諧波振幅值 Ai隨著 wi 增加而減小。 由計(jì)算可知，在某種情況下，空載長(zhǎng)線路合閘時(shí)的基波分量振幅 Ai 可能較穩(wěn)態(tài)分量振幅 A大，而過(guò)電壓倍數(shù)可能大于 2，這是在集中參數(shù)電路中是不會(huì)出現(xiàn)的 。 在超高壓電網(wǎng)中，線路損耗通常較小，對(duì)諧波振蕩角頻率 wi 影響較小，而主要影響諧波振幅 Ai，考慮線路損耗影響，線路末端電壓可表達(dá)為 ??? ? ??? 12 )c o s (..c o s)( i iiti teAttAtu i ???? ? βi各次諧波振幅的衰減系數(shù)。 15 影響過(guò)電壓的因素 由上述分析可知，空載線路的合閘過(guò)電壓取決于合閘時(shí)電源電壓相位角 θ， θ是個(gè)隨機(jī)數(shù)值，遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。一般合閘有預(yù)擊穿現(xiàn)象，即合閘過(guò)程中，隨著觸頭間距離越來(lái)越近，觸頭間電位差已將介質(zhì)擊穿，使電氣接通早于機(jī)械觸頭的接觸。對(duì)于油斷路器的統(tǒng)計(jì)表明，合閘相位角多半處于最大值附近的正負(fù) 30 度之內(nèi) 。但對(duì)于快速空氣斷路器而言，合閘相位角 θ 的分布比較均勻，既有可能在 θ=0176。時(shí)合閘，也有可能在 0176。時(shí)合閘，也可能在θ=90176。時(shí)合閘。 線路上殘余電壓 uc（ 0）的極性和大小，對(duì)過(guò)電壓的幅值的影響也很大，這是三相重合閘過(guò)電壓的重要特點(diǎn)。殘余電壓的大小取決于線路絕緣子表面的泄漏，在 重合閘時(shí)間內(nèi)，殘余電壓一般可下降 10%30%。當(dāng)系統(tǒng)采用單相重合閘操作方式時(shí)，線路上殘余電壓為零。 此外，空載線路的合閘過(guò)電壓還與線路參數(shù)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，母線的出線數(shù)，斷路器合閘時(shí)三相的同期性和導(dǎo)線電暈有關(guān)。 限 制過(guò)電壓的措施 超高壓系統(tǒng)中，在最不利的情況下，空載線路的合閘過(guò)電壓可能達(dá)到 倍以上，除采用并聯(lián)電抗電抗器等降壓措施外，尚需采用專(zhuān)門(mén)的措施加以強(qiáng)迫限制。 目前，我國(guó)采用自帶并聯(lián)電阻的斷路器作為主要限壓措施，并用性能良好的氧化鋅避雷器作為后備保護(hù)。對(duì)于短線路，可用氧化鋅避雷器作為主要限壓措施。下面討論斷路器的并聯(lián)電阻對(duì)合閘過(guò)電壓的抑制作用。 帶并聯(lián)電阻斷路器的等值電路如下圖所示。圖中 S1 為主觸頭， S2 為輔助觸頭， R 為并聯(lián)電阻。合閘操作時(shí)，先合輔助觸頭 S2,R 串入回路中阻尼振蕩，間隔一定時(shí)間后，再合 主觸頭 S1，完成合閘操作。采用帶有合閘電阻的斷路器后一般可將合空線過(guò)電壓限制到2 倍以下。斷路器的并聯(lián)電阻值可依據(jù)系統(tǒng)允許的操作過(guò)電壓水平，通過(guò)計(jì)算獲得。在超高壓系統(tǒng)，斷路器的并聯(lián)電阻一般取 R=400?，其接入時(shí)間一般取 810ms。 采用單相自動(dòng)重合閘，這時(shí)故障相的初始電壓 Uc（ 0） =0，重合閘時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)高幅值的過(guò)電壓，利用線路側(cè)的電磁式電壓互感器，也可泄放線路上的殘余電荷，可降低重合閘過(guò)電壓。 采用息弧能力強(qiáng)通流容量大的氧化鋅避雷器，可限制合空線過(guò)電壓幅值。 合空載線路產(chǎn)生過(guò)電壓是由于合閘時(shí)斷路器觸 頭間有電壓差引起的。因此可采用專(zhuān)門(mén)的同步合閘控制裝置，使斷路器在觸頭間的電位差接近于零時(shí)完成合閘操作，這將使合閘暫態(tài)過(guò)電壓大大減弱，從而可基本消除空載線路合閘過(guò)電壓。 16 從上面分析可知，畢業(yè)設(shè)計(jì)可從以下三個(gè)方面進(jìn)行研究：一是通過(guò)改變斷路器的合閘相角來(lái)改變過(guò)電壓的大?。欢?，改變線路損耗來(lái)研究過(guò)電壓的大??；三是通過(guò)是否使用帶并聯(lián)電阻的斷路器來(lái)研究操作過(guò)電壓。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我主要研究對(duì)象是以平武線（河南平頂山到湖北武昌） 500kv 輸電線路的單相合閘空載線路過(guò)電壓為對(duì)象進(jìn)行的研究，這條輸電線路長(zhǎng)度為 ，踏所采用的是 LGJQ300*4 的鋼芯鋁絞線，查得它的參數(shù)為： r1=，X1=,b1= 6? S/km,r1,x1,b1 分別為其單位長(zhǎng)度的電阻，電抗，導(dǎo)納參數(shù)。由公式： x1=2?fL,可以計(jì)算得 L= 3? H/km,由公式： ?? rmDmb 和 ?? reqDmC 可得 c=9? F/km 17 未使用合閘電阻時(shí)的仿真模型及參數(shù)如下 交流電源的參數(shù) 18 R 參數(shù)設(shè)置 RLC 參數(shù)設(shè)置 19 C1 參數(shù)設(shè)置 斷路器 B 的參數(shù)設(shè)置 20 分布參數(shù)電路的參數(shù) 21 仿真 S1 的波形為 t= 合閘時(shí) S2的波形為 所以在空載線路合閘會(huì)發(fā)生過(guò)電壓。 當(dāng)然影響空載線路合閘過(guò)電壓的因素有很多，下面主要分析在合閘時(shí)刻的電源電壓的相位角不同時(shí)的過(guò)電壓，以及斷路器是否帶并聯(lián)電阻對(duì)過(guò)電壓的影響。 當(dāng)然在實(shí)際電路中，能量損耗會(huì)引起振蕩分量的衰減，損耗主要有兩個(gè)方面：一是輸電線路及電源的電阻，二是過(guò)電壓較高時(shí)，線路上上出現(xiàn)出現(xiàn)電暈，這些都會(huì)使過(guò)電壓降低。 22 合閘 相位不同時(shí)對(duì)空載線路合閘過(guò)電壓的影響 ① t=0，Θ =0 時(shí)，也就是電源電壓過(guò)零時(shí)合閘的過(guò)電壓波形如下： ② t= 合閘時(shí)過(guò)電壓如下： 23 ③ t= 時(shí)合閘的過(guò)電壓波形如下： ④ t= 時(shí)合閘，也就是電源電勢(shì)為最大值時(shí)合閘過(guò) 電壓波形如圖： 由上圖可以看出 θ角的不同確實(shí)會(huì)對(duì)合閘 過(guò)電壓產(chǎn)生影響，最后達(dá)到穩(wěn)態(tài)值得電壓都要比電源電壓 500kv 要大達(dá)到了 600kv 左右是由于長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)引起的?？紤]到線路損耗的影響，我們來(lái)改變一下線路損耗對(duì)合閘過(guò)電壓的影響（為了防止電容效應(yīng)對(duì)仿真結(jié)果的影響，我們來(lái)改變單位長(zhǎng)度電阻的大小來(lái)探究線路損耗對(duì)合閘過(guò)電壓的影響），上面單位長(zhǎng)度電阻為 ，下面討論在 t= 時(shí)合閘過(guò)電壓不同單位長(zhǎng)度電阻（不同電路損耗）對(duì)合空線過(guò)電壓的影響。當(dāng) r=,。 24 線路損耗不同時(shí)對(duì)合閘操作過(guò)電壓的影響 ① 當(dāng) r=，過(guò)電壓波形為： ② 當(dāng) r=，過(guò)電壓波形為： 25 ③ 當(dāng) r=： ④ 當(dāng) r=： 通過(guò)上圖分 析線路損耗越大線路合閘電壓也就越低。 26 斷路器是否帶并聯(lián)電阻時(shí)對(duì)合閘空載線路過(guò)電壓的影響 ① 在斷路器沒(méi)有并聯(lián)電阻的時(shí)候： 斷路器在 時(shí)候合閘時(shí) S2 的波形為： 27 ② 在斷路器有并聯(lián)電阻的時(shí)候： 先合輔助觸頭 B，在合 B1,在 合輔助觸頭 B，在 合主觸頭 B1（并聯(lián)電阻阻值為 400?） .這時(shí)合閘過(guò)電壓波形為： 通過(guò)斷路器是否 帶并聯(lián)電阻的過(guò)電壓波形分析比較可得，帶并聯(lián)電阻的斷路器可大大減小合閘空載線路的過(guò)電壓。 28 分布參數(shù)模型與 pi 型集中參數(shù)模型的比較： ① 當(dāng)改用 pi 型等效電路的模型，在 合閘過(guò)電壓波形為： 29 ② 使用分布參數(shù)等效電路在 合閘的過(guò)電壓波形為： 可以看出使用 pi 型等效電路沒(méi)有使用分布參數(shù)電路的過(guò)電壓高， pi 型電路限制了電路中電壓，電流頻率的變化范圍 ，對(duì)于研究基頻下的電力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)系， pi型電路可達(dá)到足夠的精度，但是對(duì)于研究開(kāi)關(guān)合閘瞬變等含高頻暫態(tài)分量問(wèn)題時(shí)，就不得不考慮分布參數(shù)特性，本次設(shè)計(jì)研究的是 500kv， 的線路就不得不考慮分布參數(shù)特性了，所以使用分布參數(shù)模塊更加符合實(shí)際線路的情況。 30 結(jié)論 ：合閘時(shí)電源電壓的瞬時(shí)值取決于它的相位，相位的不同直接影響過(guò)電壓的幅值，若需要在較有利的情況下合閘，一方面需要改進(jìn)高壓短路器的機(jī)械特性，提高觸頭的運(yùn)動(dòng)速度，防止觸頭間預(yù)擊穿的產(chǎn)生；另一方面通過(guò)專(zhuān)門(mén)的控制裝置選擇合閘相位，使斷路器在 觸頭間電位極性相同或電位差接近于零時(shí)完成合閘。實(shí)際上還受線路損耗的影響較大，線路上的電阻和過(guò)電壓較高時(shí)線路上的電暈都構(gòu)成能量的損耗，消耗了過(guò)渡過(guò)程的能量，而使得過(guò)電壓幅值降低。對(duì)于斷路器是否加并聯(lián)電阻時(shí)，帶并聯(lián)電阻的斷路器基本上限制空載線路合閘過(guò)電壓。 pi型電路限制了電路中電壓，電流頻率的變化范圍，對(duì)于研究基頻下的電力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)系， pi 型電路可達(dá)到足夠的精度，但是對(duì)于研究開(kāi)關(guān)合閘瞬變等含高頻暫態(tài)分量問(wèn)題時(shí)，就不得不考慮分布參數(shù)特性了 。 參考文獻(xiàn)： [1] SimPowerSystems? 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