دانلود رایگان مقاله محاسبه عبور بیش از حد ولتاژ (VFTO) در ایستگاه عایق بندی شده با گاز 1000 کیلوولت

چکیده 

           اضافه‌ ولتاژهای گذرای بسیار سریع (VFTO) که در یک ایستگاه عایق بندی شده گاز (GIS) در هنگام تعویض جداکننده عمليات تولید شده يكي از دغدغه‌های مهم در زمينه طراحي عايق است. چنین ولتاژهای بیش از حد می‌تواند باعث نقص عملکرد مدارهای محافظت و کنترل در افزایش به وجود آوردن خطاها داخل مجاری عایق بندی شده گازهای فرعی به ویژه در حضور ذرات فلزی آن می شود. در این مقاله، VFTO در نقاط مختلف در یک ایستگاه 1000 کیلوولت برای همه عملیات تعویض جداکننده معتبر بررسی شده است. برای ایستگاه فرعی مورد مطالعه، حداکثر ولتاژ محاسبه شده بدون در نظر گرفتن بار به دام افتاده در شینه جریان برق 1.58 پلوتونیم است. عمده اجزای پرتکرار در VFTO شبیه سازی شده، در محدوده840 کیلوهرتز تا 30 مگاهرتز واقع شده است. شبیه سازی با استفاده از برنامه عبور الکترومغناطیسی (EMTP) انجام شده است.

1. مقدمه

              در چند دهه گذشته ایستگاه‌های عایق بندی شده با گاز به دلیل داشتن نگهداری آسان، نیاز به فضای کمتری، قابلیت اطمینان بالا و سازگاری خوبی با محیط زیست [1] [2] در میان شرکت‌های برق مورد استقبال فراوانی قرار گرفت. علی رغم مزیت‌های فراوان، چند مسئله نگران کننده نیز در GIS وجود دارد. یکی از این موارد تولید VFTO در طول عملیات قطع کننده است. کاهش سریع ولتاژ به دلیل خرابی گاز SF6 امواج شیب دار را به جنبش در می‌آورد که از هر دو جهت از منبع منتشر می‌شوند. این موج‌های جنبشی با تضعیف اندک و تحریف در سراسر GIS پخش می‌شوند. تعویض جداکننده جریان برق را وادار می‌کند تا امواج مانندهای پیچیده‌ای را با بازتاب و انتقال در ناپیوستگی‌ها ایستگاه [1] - [5] تولید می‌کند. برآورد دقیق میدان نوسان و زمان اوج در سال‌های اخیر با پیشرفت در تکنیک‌های تجزیه و تحلیل و در دسترس بودن نرم افزارهایی مانند  EMTP امکان پذیر شده است. زمان اوج VFTO به ترتیب تعداد ns است و از این رو نیاز به جزئیات مدل‌سازی اجزای ایستگاه فرعی برای تخمین موثق پارامترهای ولتاژ دارد.

              فناوری ولتاژ فرا عالی در چند سال گذشته مورد توجه خوبی قرار گرفته و سیستم‌های معدودی از آن در حال حاضر در نقاط مختلف جهان نصب شده است. مسافت طولانی مسیرهای UHV منجر به کاهش اتلاف نیرو و کاهش نیروی واکنش مصرف شده توسط مسیر [6] [7] می‌گردد.

            به وسیله واحد اندازه‌گیری برانگیختن مقاومت ولتاژ با افزایش ولتاژ سیستم ولتاژ مقاومت در برابر واحد کاهش می‌یابد. با افزایش ولتاژ مجاز، تفاوت بین ضریب روشنایی مقاومت در برابر ولتاژ (LIWV) و VFTO کاهش می‌یابد. از این رو، VFTO ممکن است برای اندازه‌گیری عایق در سطوح ولتاژ UHV مهم باشد [7].

              منشأ VFTO عمدتاً به دلیل سرعت آهسته عملیات تعویض جداکننده است. تجزیه سریع طبیعت بنزین SF6 منجر به تسریع زمان اوج امواج جنبشی می شود که در بازتاب و انتقال به ناپیوستگی‌های ایستگاه پیشرو اشکال موجی پیچیده‌ای را به وجود می‌آورند. این فراتاخت ها ولتاژ را در نقاط مختلف ایستگاه فرعی هدایت می‌کنند و گاهی منجر به نقص عایق می‌شوند. ولتاژ پیوسته عبوری (TEV) به دلیل انعکاس و انتقال در محل اتصال محصور در محوطه زمینی توسعه یافته می‌تواند باعث خسارت در مدارهای کنترل ثانویه باشد [1] [8]. گسل زمین در قطع کننده منجر به تغییر ناگهانی در پیکربندی زمینه می شود که در لحظه اتمام جرقه در سرتاسر اتصالات رخ می‌دهد یکی از نگرانی‌های اصلی نیز است [9].

2. توصیف سیستم و مدل‌سازی

A. توضیحات سیستم مورد مطالعه

            برای مطالعه حاضر یک سیستم UHV 1000 کیلوولت که نمودار تک خط در شکل 1 نشان داده شده است مورد استفاده قرار گرفته است. خط انتقال به طول 636 کیلومتر و سیستم از چهار ایستگاه GIS "A"، "B"، "C" و "D" تشکیل شده است. ایستگاه فرعی در نظر گرفته شده برای مطالعه حاضر ایستگاه فرعی "A" است. جزئیات ساختار ایستگاه فرعی در شکل 2 نشان داده شده است. T1 و T2 در شکل 2 نشان داده شده‌اند ترانسفورماتورهای UHV با ظرفیت دارای 1000/1000/334 MVA، ولتاژ مجاز از 1050/525/110 kV هستند. شش گیرنده فراتاخت به نام‌های F1 تا F4، MOA1 و MOA2 در سیستم وجود دارد. F1 و F3 گیرنده برای ترانسفورماتورها و F2 و F4 گیرنده‌های ورودی خطوط انتقال هستند. CB1 تا CB6 قطع کننده‌های مدار، PT3 و PT4 ترانسفورماتورهای ذخیره در سیستم هستند. PT1، PT2، PT5 و PT6 ترانسفورماتور ولتاژ خازنی در سیستم هستند. مکان‌های اتصالات نشان داده نشده است که از درهم و برهم زدن شکل جلوگیری می‌کند. با این حال، همین مورد در نمودار تفصیلی a بخشی از ایستگاه فرعی نشان داده شده است در شکل 3.

Abstract

          Very fast transient overvoltages (VFTO) generated in a gas insulated substation (GIS) during disconnector switching operations is one of the major concerns in insulation design of the GIS. Such over voltages can cause malfunctioning of the protection and control circuits in addition to initiating faults inside the gas insulated bus ducts of the substation especially in the presence of metallic particles. In this paper, VFTO have been estimated at various points in a 1000 kV rated substation for all possible valid disconnector switching operations. For the substation studied, the maximum computed overvoltage is 1.58 pu without considering the trapped charge on the busbar. Major frequency components in the simulated VFTO lies in the range of 840 KHz to 30 MHz. Simulations have been carried out using the Electromagnetic Transient Program (EMTP).

I. Introduction

             IN the past few decades gas insulated substations have gained wider acceptance among the power utilities due to its easy maintenance, requirement of less space, high reliability and good environmental adaptability [1] [2]. Inspite of the several advantages, there are several issues of concern in a GIS. One such issue is the generation of VFTO during disconnector operations. The rapid collapse of voltage due to breakdown of the SF6 gas generates steep-fronted travelling waves, which propagate from the source in both directions. These travelling waves propagate throughout the GIS with little attenuation, and distortion. Disconnector switching induced transients produce complex waveforms by reflection and transmission at substation discontinuities [1]–[5]. Accurate estimation of the amplitude and rise time is made possible in the recent years by advancements in analysis techniques and availability of softwares such as EMTP. Rise time of the VFTO is in the order of few ns and hence requires detailed modeling of the substation components for reliable estimation of the overvoltage parameters.

             Ultrahigh voltage (UHV) technology has received good attention in the past few years and few systems have been installed already in various parts of the world. Long distance UHV lines lead to reduction in power loss and reduction in reactive power consumed by the line [6][7].

             Per unit magnitude of the impulse withstand voltage decreases with increasing system voltage. As the rated voltage increases, the difference between the rated lightning impulse withstand voltage (LIWV) and the VFTO decreases. Hence, VFTO may become important for dielectric dimensioning at UHV voltage levels [7].

            Origin of VFTO is mainly due to the slow speed disconnector switching operations. The fast break down nature of SF6 gas leads to fast risetime travelling waves which gets reflected and transmitted at substation discontinuities leading to generation of complex wave shapes. These surges lead to overvoltages at various points in the substation and may result in insulation failure. The transient enclosure voltage (TEV) developed on the grounded enclosure due to the reflection and transmission at the enclosure-bushing junction can cause damages in secondary control circuits [1][8]. Earth fault in disconnector due to sudden change in field configuration which occurs at the moment of arc completion across the contacts is also one of the major concerns [9].

II. DESCRIPTION OF THE SYSTEM AND MODELING

A. Description of the system under study

          For the present study a 1000 kV UHV system whose single line diagram is as shown in Fig. 1 has been used. The transmission line is 636 km long and the system consists of four GIS substations ‘A’, ‘B’, ‘C’ and ‘D’. The substation considered for the present study is substation ‘A’. Detailed substation structure is shown in Fig. 2. T1 and T2 in Fig. 2 are UHV transformers of rated capacity 1000/1000/334 MVA, rated voltage of 1050/525/110 kV. There are six surge arresters in the system named F1 to F4, MOA1 and MOA2. F1 and F3 are arresters for transformers and F2 and F4 are arresters at the entrance of transmission lines. CB1 to CB6 are the circuit breakers, PT3 and PT4 are the potential transformers in the system. PT1, PT2, PT5 and PT6 are the capacitive voltage transformers in the system. Locations of the disconnectors are not shown to avoid cluttering of the figure. However, the same is shown in the detailed diagram of a portion of the substation in Fig. 3.

چکیده 
1. مقدمه
2. توصیف سیستم و مدل‌سازی
.A توضیحات سیستم مورد مطالعه
.B مدل‌سازی سیستم مورد مطالعه
3. شبیه سازی و نتایج EMTP
4. نتیجه‌گیری
منابع

Abstract
1. INTRODUCTION
2. DESCRIPTION OF THE SYSTEM AND MODELING
A. Description of the system under study
B. Modeling of the system under study
3. EMTP SIMULATION AND RESULTS
4. CONCLUSIONS
REFERENCES