Abstract ：

GIS变电站中隔离开关和断路器的操作会产生波头极陡并伴有高频振荡的快速暂态过电压(VFTO),对GIS设备运行的可靠性以及内外绝缘构成很大的威胁。现有研究表明GIS变电站拓扑结构对VFTO的幅值及频率特性有着较大的影响,而工程上主要关注VFTO沿线最大峰值的变化规律。为此从GIS变电站简化模型着手,分析研究VFTO的幅值以及频率特性随母线、分支母线长度变化的一般规律。在此基础上,通过ATP-EMTP电磁暂态仿真软件对青海某750 kV GIS变电站进行隔离开关分闸以及不对称故障下的站内各节点VFTO幅值变化规律的仿真研究,以得到拓扑结构的优化设计建议。

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GIS设备 VFTO峰值 分支母线长度 母线长度 拓扑结构

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GIS变电站中隔离开关和断路器的操作会产生波头极陡并伴有高频振荡的快速暂态过电压(VFTO),对GIS设备运行的可靠性以及内外绝缘构成很大的威胁。现有研究表明GIS变电站拓扑结构对VFTO的幅值及频率特性有着较大的影响,而工程上主要关注VFTO沿线最大峰值的变化规律。为此从GIS变电站简化模型着手,分析研究VFTO的幅值以及频率特性随母线、分支母线长度变化的一般规律。在此基础上,通过ATP-EMTP电磁暂态仿真软件对青海某750 kV GIS变电站进行隔离开关分闸以及不对称故障下的站内各节点VFTO幅值变化规律的仿真研究,以得到拓扑结构的优化设计建议。

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GIS设备 VFTO峰值 分支母线长度 母线长度 拓扑结构

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强迫风冷封闭母线为大容量电能的传递提供了解决方案。利用ANSYS仿真软件建立强迫风冷封闭母线热分析模型,通过电磁场、气流场、温度场的耦合分析实现了封闭母线温度场稳态计算,并采用多种湍流模型仿真结果与现场封闭母线温度实测结果进行对比,得到基于Standard k-ε湍流模型的仿真结果与实测结果误差在3℃以内,具有较好的一致性和准确性的结论。通过进一步分析发现:两边相进风系统冷却效果优于中间相进风系统;母线长度对温度分布影响较小;随着气流量的增大封闭母线的温度有逐渐下降的趋势。研究结果可为封闭母线尺寸设计、强迫风冷类型选取以及风机功率的选择提供参考。

Keyword ：

封闭母线 强迫风冷 热分析 温度场 有限元法

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母线是组成气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的重要部件之一。近年来随着电网建设的快速发展，变电站中GIS设备用母线长度不断增加，其内部导体的连接结构也更加复杂，需要满足“L”型、“T”型、“十”型等各种电流流过形式的电能传输。导体连接结构如果设计不合理，对电气性能和力学性能考虑不周全，会导致在电能传输时连接结构的放电和破坏，进而引发大面积停电事故。因此，开展母线导体连接装置的优化设计及试验研究具有重要意义。 本文对GIS母线内导体多方位连接装置的结构进行了全面深入的研究，提出了一种结构简单、便于拆装、绝缘性能优良的550kV GIS用母线导体连接装置。在现有母线壳体尺寸不变的前提下，根据绝缘距离的计算，确定了连接装置中心球形触头座的外径尺寸，进而对其余零部件进行了设计。在确定连接结构后，根据母线连接装置的实际工况，建立了电场仿真模型。采用Maxwell仿真软件对连接装置进行了电场仿真分析，得出各个零部件的最大场强发生位置及最大场强值，能够满足场强设计要求。 本文计算了在实际工程应用中最复杂的连接状况下，T型母线支撑结构的电动力，得出新型550kV GIS母线导体连接装置的结构强度在理论上是可靠的。应用ANSYS Workbench仿真软件对连接装置内的受力部件进行了极限工况下的力学强度分析，得到了各个受力零部件在导体通过故障电流时产生的最大电动力与母线零部件重力联合作用下的应力计算结果，分析结果表明，该结构满足使用的强度要求。 最后以产品实际安装形态作为基础，进行了试验样机的搭建，对试验样机进行了工频耐压和雷电冲击耐压试验，试验结果全部合格，该结构的绝缘性能满足GIS产品要求，可以批量现场使用。

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GIS 工频耐压 雷电冲击耐压 连接装置 母线

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GIS（Gas-Insulated Switchgear）电站以其占地面积小、可靠性高、运行维护方便等优点，被广泛的运用在我国的超特高压电力系统。GIS运行中，隔离开关分合空母线等操作频繁，由于隔离开关分合速度缓慢，特快速暂态现象不可避免。VFTO（Very Fast Transient Overvoltage）波前陡、振荡频率高、幅值范围宽，对设备绝缘威胁很大，鉴于VFTO影响因素多、随机性强、统计难度大，迄今为止国内外对VFTO的标准波形、设备在VFTO下的耐受能力、绝缘配合等均未予以明确规定。本文对500kV GIS电站VFTO统计特性开展研究，可以更合理的实现绝缘配合，有利于电站的设计、运行和维护工作，也可以为填补国标中VFTO标准波形参数提供依据。 本文应用电磁暂态计算程序建立了500kV不同结构GIS电站VFTO计算模型，同时采用MATLAB编写了基于多次击穿的隔离开关合、分闸全过程计算模型。依据建立的模型，研究了500kV GIS电站VFTO波形特征参数的统计特性，并且比较了不同结构下VFTO统计特性的差异，在此基础上研究了GIS母线长度、结构对VFTO特性的影响。此外，本文还研究了隔离开关分合特性对VFTO特性的影响，给出了不同分合速度下，VFTO特征参数的统计分布规律。 计算结果表明，不同运行操作方式下，VFTO幅值的统计平均值在1.87p.u.左右，持续时间的统计平均值在3.22μs~3.85μs之间，振荡主频率的统计平均值在1.7MHz附近。其中，双母接线电站VFTO幅值、持续时间分布相对更集中，单母接线电站VFTO幅值相对更高。VFTO的幅值、持续时间对GIS内各段母线长度的变化十分敏感且不单调，但母线长度越短，节点越密集，回路的振荡主频率相对提高。VFTO幅值、陡度与击穿时刻的相位和残余电压呈线性关系，但各谐波的频率不受击穿相位和残余电压的影响；隔离开关分闸速度越慢，分闸末次残压越集中，且出现高幅值残压的概率较低；隔离开关合闸速度越慢，首次击穿相位越集中，且首次击穿出现在工频电源峰值处的概率较高。分闸末次击穿、合闸首次击穿产生的VFTO幅值、振荡系数、陡度呈现也一定的分布规律。隔离开关合、分闸速度越慢，VFTO幅值、振荡系数及陡度的分布越集中，且不同合、分闸速度下，合闸首次击穿对应的VFTO幅值的统计平均值要高于分闸末次击穿时所对应的统计平均值，但两者的振荡系数与陡度大致相等。

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电站结构 隔离开关 特征参量 统计特性

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超宽谱高功率微波测量属于无线电计量测试科学领域前沿研究课题，其难点在于获得参数已知的短电磁脉冲标准场。镜面单锥TEM室是IEEE1309-2005推荐的用于电磁场传感器和探头标定的标准场产生装置。本文建立了一台镜面单锥TEM室，为超宽谱短脉冲电场参考标准产生系统奠定了实验基础。主要工作包括：1）从无限长双圆锥传输线场分布分析出发，分析了镜面单锥TEM室场分布及其特征阻抗解析表达式。分析结果表明无限长镜面单锥TEM室产生的瞬态电场 分布仅依赖于其结构参数，在研究的时间窗口内，镜面单锥TEM室内部观察点的脉冲电场仅存在 分量，与激励脉冲呈线性关系，在时间波形上具有严格的一致性。镜面单锥TEM室特征阻抗 仅与半锥角 有关，其输入阻抗与结构内部的阻抗一致为 ，且为实数，与频率无关。2）在理论分析的基础上，研究了物理结构参数，完成了镜面单锥TEM室结构参数设计。分别给出了锥体半锥角、锥体母线长度和镜面板半径等结构参数；在此基础上，对锥体结构、馈电结构及支撑调节结构进行了设计；分析探讨了锥体及镜面板表面处理方法。3）应用理论和数值分析相结合的方法分析了锥角加工公差，锥体装配缝隙，锥体偏移，锥体表面缺陷及锥体与镜面板表面处理等问题对镜面单锥TEM室脉冲电场幅度和波形的影响，结合现有加工技术能力和水平下，对机械加工误差容限引入的镜面单锥TEM室脉冲场的影响进行深入分析，研究了机械结构设计方法的合理性。4）完成了镜面单锥TEM室馈电点回波损耗，插入损耗测试，及镜面单锥TEM室脉冲场与源波形对比测试。测试结果表明：在底宽2ns脉冲激励下，镜面单锥TEM室馈电点电压反射率小于3%；馈电点插入损耗小于4%；其内场测试波形和脉冲源输出波形基本吻合，镜面单锥TEM室机械结构设计合理，能够满足标定测试需求。

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镜面单锥TEM室结构设计标定

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气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）以其占地面积少、密封性好,受环境影响小,运行可靠、维修周期长等优点在中国电网中得到了广泛应用。在330kV以上电压等级的系统中,开关动作产生的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）对系统有很大危害。为满足特高压GIS中VFTO的模拟,利用6MV敞开式冲击电压发生器与陡化装置结合的方法,研制出一种模拟VFTO产生的装置。通过增加GIS母线长度来补偿回路固有电感的影响,以及通过控制陡化间隙的击穿电压来控制输出电压幅值,使该装置可以输出幅值为2.5MV、高频振荡达到35 MHz的电压波,能够满足特高压试验对VFTO模拟的要求。采用外加积分器方式,制作了一种锥形电容传感器来测量该装置产生的电压波,测试结果表明该电容传感器可以满足试验的要求。

Keyword ：

电容传感器 气体绝缘开关设备 特高压 特快速瞬态过电压

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引入直纹面基线的曲率因素建立五坐标侧刃铣直纹面误差分析模型.通过研究刀轴矢量与母线、基线的空间关系提出角偏置概念,并推导出偏置角的求解方程.在此基础上提出半径和角偏置法,应用于直纹面五坐标加工刀位的计算,消除母线两端法矢异向引起的过切误差,实现对直纹面基线的精确加工,误差的总体分布也得到改善.实例分析误差分布与母线长度、法矢夹角等相关参数的关系,通过与半径偏置法进行误差分布指标量的对比证明该算法具有精度高、工艺性好等优点.

Keyword ：

半径和角偏置法 数控加工 误差 直纹面

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摘要随着电力需求显著增强，特别是城市电网负荷越来越集中，迫切需要大容量、高可靠性的126kVGIS。本文的研究工作即是结合新产品项目“126kV三相共箱型大容量 GIS”,在原有的三相共箱126~145kVGIS基础上，来开展工作，由2000A，31.5kA增容至3150A，40kA。本着尽可能采用原有产品的主要结构，保持零部件的较高继承性和通用化的原则，自主研发更高参数的产品，满足市场要求。从分析原有产品基本结构、有关试验数据入手，分析了增容的可行性。针对有关结构进行了增容设计和基础计算。论述和计算了三相共箱式断路器在已经完成的具有相同灭弧室和操动机构的126kV瓷柱式断路器基础上的增容问题；详细计算了该产品增容的薄弱环节电流互感器元件改进设计后的温升、动热稳定性能，并对绝缘性能进行了校验；讲述了分支母线中梅花触头结构的性能校验方法，重点论述、计算了共箱式母线中三相导体电动力的影响和对两端支撑结构的校验、对母线长度应有限制；结合对自力触头、梅花触头、表带触头的性能校验介绍了各自特点；研究了内部故障电弧影响时的壳体压力升高、壳体烧穿问题；运用相关软件分别对因增容进行的局部导体加粗典型结构进行了绝缘校验、材质改变的典型关键壳体断路器罐进行了强度校验分析并给出了三相共箱式母线的涡流情况和不同材质壳体下的温升试验对比数据。根据计算和校验结果，设计了样机并完成了相关型式试验项目。对试验进行了总结和分析，说明了有关的计算方法是基本正确和可行，积累了一定经验，对今后同类研究具有实用参考价值。产品增容成功，已批量生产满足市场需求。

Keyword ：

气体绝缘金属封闭开关设备 三相共箱 增容设计

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