磁环抑制GIS设备中特快速暂态过电压机理与评估技术的研究

VFTO (Very Fast Transient Overvoltage) is one of the key threats to the insulation of EHV (Extra-High Voltage) and UHV (Ultra-High Voltage) GIS (Gas Insulated Switchgear) and its neighbouring power equipment, like Transformer. Effective method should be taken to suppress VFTO. Up to now, integrating parallel resistor within the disconnector of GIS is the most effective method. However this method makes the discnnector of more complexity, higher price, lower reliability, and higher failure rate. An emerging substitute method with corresponding advantages is installing magnetic rings onto the center conductor of GIS. This method will be researched thoroughly and systematically in this project. Single pulse exiting current test and real GIS VFTO suppressing by magnetic rings test will be carried out to investigate the equivalent external impedance characteristic, permeability and loss characteristic of the magnetic rings and their changing law with variant frequency and magnetic saturated extent. The distribution of the electromagnetic field and eddy current inside the magnetic ring will be analyzed. According to the test results and the theory of electromagnetic field, the mechanism of VFTO suppressing by magnetic rings will be analyzed, the electromagnetic transient model of the magnetic ring will be created, the simulation method combined both electromagnetic field and circuit transient will be researched to evaluate the effect of suppressing VFTO by magnetic rings in real application and optimize the physical parameters of the magnetic ring. The evaluation method estiblished and the parameters of the magnetic rings can be the base and reference to the egineering application.

特快速暂态过电压（VFTO）是超高压和特高压GIS设备及其临近电力设备如变压器等绝缘的主要威胁之一，需要进行有效的抑制。在GIS母线上加装磁环来抑制VFTO的方法，与目前工程应用中主要采用的并联电阻方法相比，具有工艺简单、造价低廉、可靠性高、故障率低的优势。本项目将深入、系统地研究这种方法，拟通过单脉冲电流励磁试验和真型GIS设备中磁环抑制VFTO的试验来研究磁环对外等效阻抗特性及其磁导率和损耗特性随工作频率和磁场饱和程度的变化规律，分析VFTO作用下磁环内部的电磁场和涡流的分布规律，结合电磁场理论和磁性材料特性研究磁环对GIS设备中VFTO抑制的机理、建立磁环在VFTO条件下的电磁暂态仿真模型、建立电磁场和电路联合仿真方法用以评估磁环抑制VFTO的效果和优化磁环的各种物理参数，为工程应用奠定基础并提供依据。

特快速暂态过电压（VFTO）是超高压和特高压GIS设备及其临近电力设备如变压器等绝缘的主要威胁之一，需要进行有效的抑制。在GIS母线上加装磁环来抑制VFTO的方法，与目前工程应用中主要采用的并联电阻方法相比，具有工艺简单、造价低廉、可靠性高的优势。但这种方法的机理尚不清晰，建模和仿真方法也不够精确，需要深入开展研究。. 本项目研究了磁环对GIS设备中VFTO抑制的机理、建立了磁环在VFTO条件下的电磁暂态仿真模型、建立了仿真方法用以评估磁环抑制VFTO的效果和优化磁环的各种物理参数，为工程应用奠定了基础。. 在252kV GIS回路和两种不同结构的特高压真型GIS回路上进行了磁环抑制VFTO的大量试验，验证了铁氧体R2KB磁环对VFTO的显著抑制效果。特别是在特高压试验回路中，将VFTO水平由最大1.7 p.u.和2.2 p.u.降到了1.4 p.u.以内。统计了不同击穿电压下VFTO的时域波形、频谱、幅值、过冲系数和波前陡度，分析了磁环抑制的饱和特性。. 针对VFTO作用下磁环内部涡流的建模展开研究，提出了一种基于涡流分层思想的建模方法，以电感-电阻级联网络作为磁环的等效电路模型。以两种特殊的横平面涡流问题为例对该模型进行了理论验证和数值精度的分析，给出了模型应用于磁环的具体方法。. 利用电磁暂态仿真程序和所建立的磁环模型建立了磁环抑制VFTO的仿真计算和评估方法。对试验回路进行了仿真计算，仿真结果与试验结果相符。基于仿真研究了磁环的参数优化，讨论了磁环的最优阻尼条件和考虑磁性饱和影响的选型策略。