金屬氧化物避雷器moa在電力設(shè)備上的應(yīng)用

金屬氧化物避雷器moa在電力設(shè)備上的應(yīng)用

0金屬氧化物避雷器moa聯(lián)邦電氣源補(bǔ)償是指連接到線的電池，以補(bǔ)償線路的電阻力。采用串聯(lián)電容補(bǔ)償是提高交流輸電線路輸送能力,控制并行線路之間的功率分配和增強(qiáng)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的一種十分經(jīng)濟(jì)的方法。但在故障和重合閘動(dòng)作時(shí)可能會(huì)在系統(tǒng)中引起很大的過(guò)電壓。串補(bǔ)裝置中使用的金屬氧化物避雷器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MOA)主要是為了限制輸電線路故障條件下在串補(bǔ)裝置的電容器組上產(chǎn)生的工頻過(guò)電壓。我國(guó)超高壓電網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用MOA作為輸電線路、串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)入娏υO(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。1多單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)模式MATLABPSB中,電涌放電器模塊是過(guò)電壓保護(hù)的非線性電阻器,即MOA作為高能量釋放通道應(yīng)用的場(chǎng)合,它由幾柱金屬氧化物電阻片(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MOA)合并安裝在同一個(gè)瓷套中。金屬氧化物電阻片的伏安特性曲線見(jiàn)圖1。每一柱金屬氧化物電阻片的非線性伏-安特性用指數(shù)型函數(shù)數(shù)學(xué)模型表示為式(1)中,Uref和Iref分別為參考電壓和參考電流,ki與αi為第i(i=1,2,3分別對(duì)應(yīng)伏安特性的小電流區(qū)、非線性區(qū)和飽和區(qū))段曲線的系數(shù)。而通常避雷器的伏-安特性表示為式(2)中,C為常數(shù),與電阻片的材料和尺寸有關(guān);α為非線性系數(shù)。由于串補(bǔ)度的限制,串補(bǔ)電容器組的額定電壓一般不會(huì)很高,在幾十千伏,這將使MOA的額定電壓也在幾十千伏的水平。由于功耗大、額定電壓低,這種MOA必須采用多單元并聯(lián)模式,甚至每個(gè)單元也必須采用多柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種多單元并聯(lián)模式以及多柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠使流過(guò)MOA的線路故障電流被盡可能均勻地分配在各單元以及各柱上,使流過(guò)每一個(gè)金屬氧化物電阻片的線路故障電流在幾百安。在單個(gè)氧化鋅電阻片的通流容量滿(mǎn)足技術(shù)要求的情況下,電阻片的串聯(lián)個(gè)數(shù)m基本上取決于MOA最大允許長(zhǎng)期工作的電壓和殘壓。而保護(hù)串補(bǔ)電容器組的MOA要求電阻片的通流容量很大,單柱電阻片的無(wú)間隙金屬氧化物避雷器很難滿(mǎn)足要求,所以MOA必須采用多柱電阻片并聯(lián)結(jié)構(gòu)。設(shè)總柱數(shù)為N,MOA電阻片的串并聯(lián)示意圖見(jiàn)圖2。2系統(tǒng)模擬模型2.1線路工頻過(guò)錯(cuò)補(bǔ)償圖3中,6臺(tái)350MVA的發(fā)電機(jī)通過(guò)1條單回路600km的輸電線路與短路容量為30000MVA的系統(tǒng)相連。輸電線路電壓等級(jí)為735kV,由2段300km的線路串聯(lián)組成。為了提高線路輸送能力,對(duì)兩段300km的線路L1和L2進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償,補(bǔ)償度為40%,2段線路上均裝設(shè)330MVar的并聯(lián)電抗器,用于限制高壓線路的工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。補(bǔ)償設(shè)備接到母線B2的線路側(cè),B2通過(guò)一個(gè)300MVA、735kV/230kV/25kV的變壓器向230kV側(cè)的250MW負(fù)荷供電,變壓器接線方式為Y0-Y0-Δ。圖3中電容器過(guò)電壓保護(hù)是由串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)的。串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置由串聯(lián)電容器組、MOA、放電間隙和阻尼阻抗組成,見(jiàn)圖4。過(guò)電壓保護(hù)主要是指對(duì)串聯(lián)電容器組的保護(hù)以及對(duì)過(guò)電壓保護(hù)元件本身的保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)元件本身的保護(hù)主要包括MOA的過(guò)熱保護(hù)以及放電間隙的保護(hù)。這種過(guò)電壓保護(hù)方案既能使串聯(lián)電容器組在線路故障時(shí)得到有效的過(guò)電壓保護(hù),同時(shí)又能在故障清除后,在絕大多數(shù)情況下使串聯(lián)電容器組和線路一起立即投入運(yùn)行,恢復(fù)送電。在眾多的MOA保護(hù)方案中,MOA限壓器是串聯(lián)補(bǔ)償裝置中電容器組的基本過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備,它將電容器組的過(guò)電壓限制到規(guī)定的最大水平以?xún)?nèi)。當(dāng)MOA限壓器的能量達(dá)到閾值或MOA限壓器的溫度太高時(shí),MOA限壓器就被并聯(lián)的強(qiáng)制觸發(fā)的火花間隙所短路。帶間隙MOA保護(hù)具有后備保護(hù)功能,適用于短路電流比較大的系統(tǒng),可大幅度降低MOA的容量要求,降低過(guò)電壓裝置的費(fèi)用。2.2a產(chǎn)品中產(chǎn)生c根據(jù)“三相故障模塊”參數(shù)對(duì)話(huà)框,設(shè)置1/60s時(shí)發(fā)生a相接地故障,產(chǎn)生所需要的過(guò)電壓。設(shè)置線路1兩側(cè)的斷路器CB1、CB2在5/60s時(shí)斷開(kāi)并切除故障線路。2.2.1新型moa的工作特性在模塊中選擇連續(xù)系統(tǒng)仿真,仿真參數(shù)設(shè)置為仿真結(jié)束時(shí)間0.2s,算法為變步長(zhǎng)ode23tb。其余值取系統(tǒng)缺省值,啟動(dòng)仿真,觀察母線上的三相電壓和電流波形見(jiàn)圖5。a相接地故障時(shí)的三相短路電流波形見(jiàn)圖6。a相串聯(lián)補(bǔ)償裝置上放電間隙上Gap的電壓、MOA上的電流和MOA能量波形見(jiàn)圖7?？梢?jiàn),仿真開(kāi)始時(shí),系統(tǒng)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài),t=0.0167s時(shí),a相發(fā)生接地故障,最大故障電流為10kA(見(jiàn)圖6),MOA每半個(gè)周期導(dǎo)通一次(見(jiàn)圖7(b)),使MOA中存儲(chǔ)的能量階梯上升(見(jiàn)圖7(c))。當(dāng)t=0.0833s時(shí),線路上的繼保裝置動(dòng)作,斷路器CB1和CB2斷開(kāi)(見(jiàn)圖5(b)),MOA中存儲(chǔ)的能量不再發(fā)生變化,維持為13MJ(見(jiàn)圖7(c))。由于MOA中存儲(chǔ)的能量未超過(guò)閾值30MJ,因此放電間隙不動(dòng)作,Gap上的電壓緩慢減小(見(jiàn)圖7(a))。斷路器斷開(kāi)后,故障電流降到一個(gè)非常小的數(shù)值并在第1個(gè)過(guò)零點(diǎn)時(shí)降為0(見(jiàn)圖6);串聯(lián)電容器中的殘余電荷通過(guò)線路、短路點(diǎn)和并聯(lián)電抗組成的回路放電,直到故障電流降為0,串聯(lián)電容放電結(jié)束,電壓在220kV附近波動(dòng)(見(jiàn)圖7(a))。2.2.2氣隙放電故障的血壓特性根據(jù)“三相故障模塊”參數(shù)對(duì)話(huà)框,設(shè)置三相接地故障。再次仿真,仿真結(jié)果見(jiàn)圖8~圖10。由圖10可見(jiàn),在MOA中能量存儲(chǔ)的速度明顯高于單相接地故障,能量在故障后3個(gè)周期時(shí)到達(dá)30MJ的門(mén)檻閾值(圖10(c)),于是放電間隙Gap被觸發(fā),串聯(lián)電容器通過(guò)氣隙放電,電容器上電壓在線路斷路器開(kāi)前已快速降至0(圖10(a))。由于此時(shí)斷路器尚未動(dòng)作,因此母線B2上電壓降為0,第5個(gè)周期后,斷路器動(dòng)作,將故障與母線B2隔離,母線B2上電壓逐步得到恢復(fù)(圖8(a))。3多單元串聯(lián)保護(hù)裝置利用對(duì)串聯(lián)電容器補(bǔ)償過(guò)電壓的保護(hù),研究了MOA的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生單相故障和三相故障,在對(duì)串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置產(chǎn)生過(guò)電壓及其保護(hù)過(guò)程仿真。較好地反映了MOA保護(hù)過(guò)程產(chǎn)生的電流和能量以及與氣隙放電的絕緣配合,實(shí)現(xiàn)了過(guò)電壓保護(hù)補(bǔ)償裝置快