了得網工業技術_電力繫統暫態過電壓數值計算與分析

編輯推薦

本書以有代表性的現場故障案例分析為特色，理論與實際結合緊密，圖文並茂，具有較強的實操性。

內容簡介

過電壓分析在輸變電工程和設備設計優化、絕緣配合校驗，以及故障分析和制定反措等方面起到越來越重要的作用，而過電壓暫態數值計算分析使得重復性的數值試驗成為可能，大大增進了對過電壓暫態發展過程的理解，在過電壓分析中扮演越來越重要的角色。
針對該基礎性工作在供電部門和發電廠等電力繫統運行單位比較薄弱的現狀，作者采用通用過電壓分析軟件，在理論分析和合理建模基礎上，對近年來廣東電網乃至南方電網的近三十個過電壓相關的故障仿真進行計算分析，為電網故障分析、反事故技術措施制定和絕緣配合校核等提供了有力的技術支持。
本書是廣東電網有限責任公司電力科學研究院近年來開展過電壓計算分析工作經驗的總結，共分為9章，結合有代表性的案例分析，主要涉及雷電侵入波引起的外部過電壓分析、電磁振蕩引起的內部過電壓分析，以及絕緣配合的優化等，也引入了連續雷擊嚴苛工況下線路側避雷器保護距離和能量吸收的校核、CVT在線路諧振條件下傳變特性、隔離開關操作引發電磁暫態過程、500kV線路高壓並聯電抗器退運條件計算評價、架空輸電線路感應電壓和配電網TV低頻振蕩等近年來過電壓與絕緣配合技術領域新內容。
本書以有代表性的現場故障案例分析作為特色，理論與實際結合緊密，圖文並茂，具有較強的實操性，是國內介紹過電壓計算分析方面較為貼近生產實際的科技圖書。

作者簡介

李謙，教授級高級工程師，1996年畢業於華中科技大學，現在廣東電網有限責任公司電力科學研究院從事過電壓與絕緣配合、防雷接地專業的技術工作，南方電網公司高級技術專家，第二、三屆“電力行業過電壓與絕緣配合標準化委員會”委員和屆“能源行業接地技術標準化委員會”副主任委員，共獲得國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步二等獎3項、三等獎4項；獲授權發明專利15件，實用新型專利13件；編制國家標準1個、電力行業標準6個；著有專著5部，其中獨著2部，作者2部，第二作者1部；作為作者累計在國內外專業期刊上發表學術論文78篇。,2012年碩士畢業於重慶大學，2012年至今在廣東電網電力科學院從事過電壓仿真計算、過電壓監測、避雷器試驗檢測相關工作，發表過電壓監測及仿真相關論文20餘篇，獲授權發明專利10餘件。,2016年畢業於華南理工大學，現在廣東電網有限責任公司電力科學研究院從事過電壓與絕緣配合、變電設備狀態監測與評價的技術工作。作為作者，發表論文10篇，其中SCI期刊1篇、EI收錄5篇、核心期刊1篇；參編電力行業標準1項、團體標準3項；獲授權發明專利3件。周原，高級工程師，2012年碩士畢業於重慶大學，2012年至今在廣東電網電力科學院從事過電壓仿真計算、過電壓監測、避雷器試驗檢測相關工作，發表過電壓監測及仿真相關論文20餘篇，獲授權發明專利10餘件。趙曉鳳，工程師，2016年畢業於華南理工大學，現在廣東電網有限責任公司電力科學研究院從事過電壓與絕緣配合、變電設備狀態監測與評價的技術工作。作為作者，發表論文10篇，其中SCI期刊1篇、EI收錄5篇、核心期刊1篇；參編電力行業標準1項、團體標準3項；獲授權發明專利3件。

前言
第1 章過電壓暫態數值計算·
1.1 電力繫統過電壓
1.2 過電壓暫態計算····
1.3 過電壓計算工具·······
1.4 過電壓暫態數值計算流程和內容········
1.5件模擬··
1.6 本章小結··········
第2 章變電站雷電侵入波過電壓分析和絕緣配合優化···········
2.1 變電站雷電侵入波防護···9
2.2 某110kV 線路側斷路器B 相電流互感器雷電侵入故障分析·····················52
2.3 連續雷擊工況下線路側避雷器保護距離校核···········
2.4 某220kV 線路雷電侵入故障分析及絕緣配合優化·
2.5 本章小結············
第3 章連續雷擊工況下線路側避雷器能量吸收分析校核·········
3.1 連續雷擊侵入波對變電站設備的影響··········
3.2 某500kV 線路高壓並聯電抗器中性點避雷器熱崩潰故障·························96
3.3 仿真建模·······
3.4 計算結果分析·
3.5 高壓並聯電抗器中性點避雷器故障原因分析············
3.6 本章小結······················································
第4 章電容式電壓互感器傳變特性變化引起保護誤動作分析·····························132
4.1 輸電線路電磁振蕩過程················································································132
4.2 某500kV 線路保護誤動作跳開線路事件···················································133
4.3 仿真建模和計算結果分析············································································135
4.4 CVT 在線路諧振條件下傳變特性分析·······················································154
4.5 本章小結········································································································162
第5 章開關操作引發的振蕩過程導致設備故障分析·············································164
5.1 開關操作引發的電磁暫態過程····································································164
5.2 某500kV 變電站隔離開關操作引起斷路器均壓電容爆炸事件················164
5.3 仿真建模和計算結果分析············································································165
5.4 本章小結········································································································179
第6 章配電網弧光接地造成電纜聯鎖跳閘故障分析·············································181
6.1 配電網弧光接地過程····················································································181
6.2 某20kV 配電網弧光接地過程電纜聯鎖跳閘故障·····································181
6.3 仿真建模和計算結果分析············································································185
6.4 本章小結········································································································192
第7 章配電網電磁式電壓互感器低頻振蕩分析·····················································193
7.1 配電網電磁式電壓互感器低頻振蕩····························································193
7.2 某20kV 配電網TV 低頻振蕩引起TV 熔絲燒毀故障·······························196
7.3 建模和計算結果分析····················································································200
7.4 配電網TV 低頻振蕩抑制措施仿真分析·····················································212
7.5 本章小結········································································································220
第8 章高壓並聯電抗器相關的線路過電壓和潛供電流計算分析·························222
8.1 高壓並聯電抗器····························································································222
8.2 500kV 線路高壓並聯電抗器退運條件計算評價········································222
8.3 某500kV 線路臨時跳通方式下內部過電壓計算分析·······························238
8.4 本章小結········································································································245
第9 章架空輸電線路感應電壓仿真計算分析·························································247
9.1 輸電線路感應電壓························································································247
9.2 仿真計算建模································································································249
9.3 仿真計算結果及分析····················································································259
9.4 本章小結········································································································261
參考文獻·························································································································262

前言

過電壓的產生往往與雷擊、開關操作、故障或參數配合不當等原因導致的電力繫統狀態變化和暫態過渡過程緊密聯繫在一起，電力繫統存在大量的電容和電感件，增大了激發持續性電壓振蕩的概率。電力繫統的過電壓種類繁多，其激發條件、機理原因、特性和影響因素各有不同，不同的過電壓需要我們去認識和辨別，纔能做到事件原因分析清晰，反事故技術措施或絕緣配合的優化做到有的放矢。
計算機技術和計算技術的發展，使得過電壓暫態數值計算分析精確描述暫態發展過程的圖像成為可能，過電壓分析也從傳統帶經驗的理論定性分析和求解析解或者經驗公式的定量分析，向可重復進行數值試驗的模式提升，大大增進了對過電壓發展過程的理解。國內外出現了商業化的功能強大的軟件，如 ATP-EMTP 和PSCAD/EMTDC 等專業軟件，以及基於上述軟件內核進行二次開發的專用軟件，其計算速度與精度已得到普遍認可，電力繫統復雜網絡的過電壓暫態數值仿真計算成為為輸變電工程的設計、絕緣配合校核和故障分析服務的一個適用廣、實用性強、使用便利且功能強大的數學工具，過電壓暫態數值計算起到越來越重要的作用。過電壓數值計算，以往多用於或服務於基建和設備制造的輸變電工程的設計、設備制造過程中的產品優化和絕緣配合的校驗等，而對於電力繫統運行單位（包括供電部門和發電廠）則主要用於電網事故分析和反事故技術措施的制定。由於歷史的原因，電力繫統運行單位的過電壓定量計算水平和過電壓分析手段普遍偏薄弱，電網和設備事故的過電壓分析及反事故技術措施制定所需的過電壓分析通常依賴技術人員的主觀經驗，定性分析居多，主觀因素影響大，針對性不強；由於缺乏過電壓仿真計算手段，較復雜的過電壓問題則依賴高校和大型科研單位，另外，由於缺乏過電壓定量分析手段，也使得反事故技術措施和絕緣配合優化的制定難以做到有的放矢，難以達到科學和精益化的效果，越來越不適應電力繫統向高電壓、大容量、復雜化的發展要求。
現有過電壓計算軟件對技術人員的經驗要求高，對於缺乏長期使用經驗的電力技術人員而言，面臨著難以準確簡化設備和繫統模型、難以考慮所有可能工況和故障類型等難題，在過電壓暫態計算實踐中，由於分析模型的搭建件的模擬和參數的選取，以及計算條件等方面存在差別，導致過電壓軟件的應用水平參差不齊，應用深度也差別較大，常常出現即便有了過電壓數值計算軟件並熟悉使用，但模型存在問題，使得計算結果存在較大的差異，“算不準”的問題一直困擾著電力繫統的技術人員。為解決電網企業過電壓技術支持水平薄弱的問題，編著者在理論分析和合理建模基礎上，采用現行通用過電壓分析軟件，解決廣東電網乃至南方電網 30 多起過電壓計算及風險評估問題，豐富了事故分析手段，使事故分析工作上升到定量分析層次，填補廣東電網過電壓定量分析手段的空白，為電網故障分析、反事故技術措施制定和絕緣配合校核等提供了有力的技術支持。
本書是廣東電網有限責任公司電力科學研究院近年來開展過電壓計算分析工作經驗的總結，結合有代表性的案例分析，介紹了電網過電壓分析中基於原理性分析的建模方法和分析方法，既涉及雷電侵入波引起的外部過電壓分析、電磁振蕩引起的內部過電壓分析，以及絕緣配合的優化等一些傳統的過電壓分析案例，也引入了近年來引起關注的一些過電壓與絕緣配合領域新內容，如連續雷擊嚴苛工況下線路側避雷器保護距離和能量吸收的校核、CVT 在線路諧振條件下傳變特性、隔離開關操作引發電磁暫態過程、500kV 線路高壓並聯電抗器退運條件計算評價、架空輸電線路感應電壓和配電網TV 低頻振蕩等新熱點問題。
全書共分為9 章，第1 章介紹過電壓暫態數值計算，包括電力繫統過電壓、過電壓暫態計算、過電壓計算工具、過電壓暫態數值計算流程和內容，以件的模擬；第2 章介紹變電站雷電侵入波過電壓分析和絕緣配合優化，包括變電站雷電侵入波防護、110kV 線路側電流互感器雷電侵入故障分析、連續雷擊工況下線路側避雷器保護距離校核和 220kV 線路雷電侵入故障分析及絕緣配合優化；第3 章以某500kV 線路高壓並聯電抗器中性點避雷器熱崩潰故障為例，介紹連續雷擊工況下線路側避雷器能量吸收分析校核；第4 章以某500kV 線路保護誤動作跳開線路事件為例，介紹 CVT 在線路諧振條件下傳變特性分析；第 5 章以某500kV 變電站隔離開關操作引起斷路器均壓電容爆炸事件為例，介紹開關操作引發的電磁暫態過程斷路器仿真計算；第6 章以某20kV 配電電纜聯鎖跳閘故障為例，介紹分析配電網弧光接地過程；第 7 章以某配電網電磁式電壓互感器（TV）熔絲燒毀故障為例，介紹配電網TV 低頻振蕩及其抑制措施的仿真分析；第8 章給出了500kV 線路高壓並聯電抗器退運條件計算評價，以及某500kV 線路臨時跳通方式下內部過電壓計算分析；第9 章介紹了過電壓仿真在架空輸電線路感應電壓計算中的應用，指導運維檢修的實踐。
本書的內容盡量參考和引用國內外的規程、規範和研究成果，可供過電壓與絕緣配合專業技術人員開展過電壓計算分析參考，也可作高等院校電氣類專業的參考書。
本書由廣東電網有限責任公司電力科學研究院編著，李謙教授級高級工程師參與或完成第1、2、3、6、7 章的編寫，周原高級工程師參與或完成第2、4、5、8章的編寫，趙曉鳳工程師參與或完成第2、8、9 章的編寫，江宇棟博士參與第2、3、6、7 章的編寫。
本書編寫得到了華中科技大學林福昌教授、李化教授，華南理工大學韓永霞副教授，廣東電網有限公司電力科學研究院丘映丹、宋坤宇、李歆蔚等的大力支持，廣州中光電氣科技有限公司實驗場地和實驗支持，對他們的貢獻，作者表示由衷的感謝。
本書的編寫參考和引用了清華大學、武漢大學、重慶大學等單位的大量相關論文、書籍和技術報告，並列入參考文獻中，在此深表謝意。另外，還有很多同行為本書的編寫提供了資料和意見，在此一並致以誠摯的謝意。本書歷時兩年完成，期間得到了家人的大力支持和理解，謹以本書的出版回報他們的關愛和付出。
由於編者水平有限，難免有不足和錯誤之處，懇請讀者多提寶貴建議和批評。
編著者
2021 年10 月

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