海上风电场中压集电系统操作瞬态过电压研究

发布时间：2020-09-23 06:36

　　相比陆上风电场,海上环境更为特殊,由大量不同截面、不同长度的电缆组成的海上风电场中压集电系统有其自身的特殊性。风的随机性和间歇性会导致海上风电场中压集电系统的真空断路器频繁开合将使内部集电系统产生瞬态过电压,该过电压与电缆电容等电气设备元件作用所产生的高频振荡过电压是造成海上风电场机端变压器等设备绝缘损坏的主要因素。为了使海上风电场能经济可靠地并网运行,减少电网故障而提高供电可靠性,研究复杂多变的瞬态过电压,获取瞬态过电压规律,并在此基础上提出瞬态过电压保护装置是十分必要的。本文的主要内容如下:(1)瞬态过电压具有高频率、高陡度、存在时间不确定等特征,现有电力系统暂态仿真软件的软件包中的模型不适用于研究瞬态过电压。本文基于PSCAD/EMTDC仿真软件开发出能反映真空断路器预击穿特性的自定义模型,该考虑了真空断路器介质绝缘强度和高频熄弧能力两个特征参数,提出真空断路器合闸算法实时控制可控电阻值模拟断路器开合。电缆模型采用频率依赖模型,并基于实际电缆物理结构参数数据对电缆模型参数进行了修正和计算,能正确反映电缆波阻抗和波的传播速度。变压器模型则是在PSCAD的UMEC模型基础上对变压器高压侧、低压侧和高低压间并联电容,模拟变压器的高频特性。(2)瞬态过电压的幅值和陡度对变压器的绝缘性能影响很大,但目前对瞬态过电压的研究较少,尤其少有对瞬态过电压陡度进行定量分析。本文基于自定义模型,在PSCAD中搭建简化的海上风电场中压电缆集电系统,研究真空断路器合闸初相角、电缆长度和机端变压器位置对瞬态过电压的影响,仿真结果表明机端变压器位于机舱且合闸初相角为15°时过电压陡度最大。(3)目前工业常用的过电压抑制措施主要是安装浪涌保护器,包括氧化避雷器(MOA)、RC保护器和新型装置扼流线圈,而海上风电场只使用了 MOA。本文仿真比较了在机端变压器高压侧安装MOA、RC保护器和扼流线圈三种保护装置抑制瞬态过电压的效果,其中扼流线圈对瞬态过电压陡度的抑制效果最为明显,从而为实际海上风电场设备选型与安全运行提供指导依据。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM614
【部分图文】：

图.石拍

测试电路,断路器,闭合时刻

从图３－５ａ）可以看出，点Ａ为断路器合闸信号；点Ｂ为触头没有物理接触逡逑前提前导通，发生第一次预击穿；点Ｃ为断路器多次预击穿导致，进一步表明逡逑断路器暂态恢复电压和介质绝缘强度随着开断时间不断减小，当断路器暂态恢逡逑复电压超过介质绝缘强度时断路器重新击穿；点Ｄ为断路器触头完全闭合。图逡逑２－４ｂ）为流过断路器的电流，从图中可以看出电流第一次导通时刻（点Ｂ）以逡逑及最终物理闭合时刻（点Ｄ）。触头开始闭合时刻（点Ａ）由于断路器还没有导逡逑通，电流保持为０。触头物理闭合时刻（点Ｄ）断路器完全导通，电流基本上逡逑保持不变，为工频电流。从而可以说明利用ＰＳＣＡＤ搭建的真空断路器模型能逡逑够反映实际真空断路器预击穿特性，进而验证了该模型的有效性。逡逑

测试电路,仿真模型,断路器,闭合时刻

【参考文献】