真空电容范文1
（中国空空导弹研究院，河南洛阳471099）
摘要：由于空空导弹电磁兼容问题频发及其复杂性，其电磁兼容设计尤为重要。弹体的孔缝耦合和弹体内电缆的电磁耦合效应的研究是导弹电磁兼容预测和设计需要解决的两个主要问题。针对这两个问题，进行了电磁计算仿真分析，并研究得到弹体电磁耦合的规律，可在实践中指导导弹的电磁兼容设计。最终实现在导弹的设计初期，就能够对其电磁兼容性进行预测和评估，满足其电磁兼容性的要求。
关键词 ：空空导弹；电磁兼容；电磁耦合；电磁兼容预测
中图分类号：TN03?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）18?0019?03
0 引言
随着电子技术的飞速发展，大量的电子、电气设备广泛地应用于空空导弹系统的设计中，而且战场的电磁环境越来越复杂、密集和多变，恶劣的电磁环境往往使电子或电气设备不能正常工作，导致导弹工作性能的降低。因此，电磁兼容性是航空武器系统，特别是空空导弹设计的重要技术指标之一。
对导弹系统的电磁兼容预测和仿真，是提高导弹系统电磁兼容性能的重要方法和手段，而对弹体孔缝耦合和弹体内电缆的电磁耦合特性的分析是导弹电磁兼容性预测和设计所要解决的两个主要问题，直接关系到导弹系统在强电磁环境下是否能够抗干扰，并且安全可靠地工作。对提升导弹的电磁兼容性设计和电磁兼容试验以及故障的排场具有重要的意义。本文针对弹体孔缝和内部电缆的电磁耦合效应进行仿真分析研究。
1 弹体孔缝耦合性分析
外部电磁能量进入弹体内产生耦合效应分为两个阶段[1]，一是电磁场通过孔缝耦合进入弹体内部的过程；二是进入弹体中的电磁能量与内部线缆耦合产生感应电流和感应电压的过程。
1.1 孔缝耦合基本理论
电磁波进入导弹系统内部的通道分为“前门”耦合和“后门”耦合[2]。其中，“前门”耦合是指入射波通过导弹系统的接收通道形成的耦合，主要包括：导引头、gps天线。“后门”耦合是指入射波通过导弹壳体上的孔缝、电缆接头形成的耦合。对于导弹装备，“前门”耦合的途径是有限的、可知和可控的。“后门”耦合未知性较大，预测和分析都较困难。电磁能量可通过弹体上的缝隙直接进入弹体内部，孔缝耦合严重影响了弹体的屏蔽性能，降低了导弹内部设备的可靠性。为了表征孔缝和腔体对电磁波耦合特性，定义耦合系数为：
式中：Ec 为进入腔体内电磁场强度；Ei 为入射波电场强度。
1.2 弹体孔缝耦合的数值仿真
在计算腔体孔缝耦合问题方面，时域有限差分法（FDTD）具有独特的优越性，其原理非常简单，即直接将时域Maxwell方程组的两个旋度方程中关于空间变量和时间变量的偏导数方程用差商近似，从而转换为离散网络节点上的时域有限差分方程[3]。
为了建立差分方程，首先要将求解空间离散化。通常是以一定形式的网格来划分求解空间，Yee提出了差分网格单元，其特点是在同一网格中，E 和H 的各分量在空间取值点交叉放置，使每个坐标轴面上的E 场的四周由H 场分量环绕，同时每个H 场四周由E 场环绕。这样E ，H 配置符合Maxwell方程的基本要求，也符合电磁波空间的传播规律，使电磁波的时域特性被直接反映出来，直接给出了非常丰富的电磁场问题的时域信息。
算例分析：在金属圆柱体（模拟弹体）侧面开一个缝隙，如图1所示，电磁波垂直于孔缝入射，在缝隙面积一定的情况下，计算了3种尺寸的孔缝隙的耦合系数，如图2所示；并改变入射波的极化方向，得到了在不同极化方向下耦合系数的变化曲线，如图3所示。
1.2.1 耦合系数与孔缝尺寸的关系
3种不同孔缝的耦合系数如图2所示。
1.2.2 耦合系数与入射极化的关系
不同极化的孔缝耦合系数如图3所示。
在孔缝参数不变的情况下，改变入射波的极化方向，通过仿真可知，入射波极化方向垂直于弹体的耦合系数大于极化方向平行于弹体的耦合系数。
2 弹体内线缆耦合特性分析
弹体内存在着各种电子设备和电气设备通过配电线路连接在一起，所传播信号有强有弱，电压、电流有高有低，同时系统内的各种电缆既是高效的电磁波接收天线，又是高效的辐射天线，是电磁波耦合进入系统内部的重要通道。要想准确地仿真计算弹体内线缆的耦合电压，首先应计算通过孔缝耦合进入弹体的电场，根据弹体内的电场分布，才能计算弹体内线缆与外部电磁场的耦合机理，对于设备的电磁防护及电磁兼容分析有着重要的意义。
2.1 场线耦合特性分析
算例分析：弹体内沿轴线分布某一电缆束，其中包括单线、双绞线，在弹体外施加200 V/m的电磁波，通过改变线缆束的长度和入射波的极化方向，仿真分析得到线上耦合电压分别与线缆长度、极化方向的关系。
2.1.1 线上耦合电压与线缆长度的关系
图4 为50 cm 的线缆束耦合电压，图5 为30 cm 的线缆束的耦合电压。V1为单线上的耦合电压，V2，V3为双绞线上的耦合电压。通过仿真计算可知：长线上的耦合电压高于短线；单线的耦合电压也高于双绞线上产生的耦合电压。
2.1.2 线上耦合电压与入射波极化的关系
图6和图7分别为单线和双绞线在不同极化方向下线上的耦合电压，通过仿真计算可知，当入射波的极化方向发生变化时，线缆上的感应电压也发生变化，可以看出，当极化方向垂直于弹体时，在弹体内线缆上产生的感应电压高于极化方向平行于弹体时的电压。
2.2 线缆间串扰
线缆束内的线间串扰也是影响信号能否准确有效传输的主要因素之一，为了得到不同线缆的串扰特性，分别进行了双绞线间、平行双线间的串扰特性的仿真分析。
算例分析：线缆长度均为1 m，负载阻抗分别为R=100 Ω，3 Ω时，双绞线和平行双线上的耦合系数如图8和图9所示。
从上述结果中可看出，负载不同，线缆上串扰也发生变化。在频率低的情况下，双绞线和平行双线的干扰性差异不大，在频率不高的情况下，双绞线的抗干扰性能高于平行双线。
3 结论
本文针对弹体孔缝耦合、场线耦合和线间串扰等电磁兼容问题进行了仿真分析。研究发现：孔缝面积不变，孔缝长边尺寸与短边尺寸比值越大，耦合系数就越小；入射波的极化方向对耦合进弹体电磁能量的多少有影响，当然也会对线缆上的耦合电压产生影响；长线上的耦合电压高于短线；在频率低的情况下，双绞线和平行双线的干扰性差异不大，在频率不高的情况下，双绞线的抗干扰性能高于平行双线。因此，针对导弹电磁兼容问题的仿真分析研究，对于导弹电磁兼容的设计具有重要的意义。
参考文献
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真空电容范文2
[关键词] 同步 永磁机构 真空开关 无功补偿
0 前言
为了提高电力系统的稳定性，抵消系统感性无功功率和提高电压，减少电能损耗，并联电容器在各级电力系统中得到广泛的应用。并联电容器有一个明显的特点，那就是随系统负载情况的变化而频繁地投入和切除。电容器在投入时将产生很大的过电压和涌流，这一暂态过程会对电容器组产生冲击作用从而缩短使用寿命；同时随着大量电力电子装置的应用，用户对电能质量提出了更高的要求，电容器组投入系统时产生的过电压会导致一些装置的误跳闸。电容器组投入时的暂态过程引起了越来越多的重视。为了解决此问题，常用的方法是使用合闸电阻或合闸电感，或在系统电压的指定相角处投入电容器组，即同步关合技术。由于电容器组投入时的暂态过程与投入时系统电压的相位密切相关，同步关合技术可以大大减小电容器组投入时的暂态过电压和涌流。
目前，380V低压配电系统中在无功补偿投切电容器组时利用晶闸管进行选相合闸，但是作为电力电子器件，晶闸管在运行中要消耗功率，同时还产生大量谐波，给电力系统和企业生产带来危害。而传统的断路器操动机构采用弹簧机构和电磁机构，这些机构通常是由复杂的传动机构组成的机械系统，运动时间分散性大，可控性差、响应速度慢，因而很难实现机械运动的精确控制。而选相合闸技术的关键正是动作时间精确，并且要求单极操动，这一点是传统的操动机构难以胜任的。配永磁操动机构的真空断路器（接触器）具有机械部件少、动作时间分散性小、电子操动便于实现各种控制等优点，经进一步改进成单极选相控制，就能实现同步关合。
1 电容器组同步关合基本原理
1.1 电容器关合暂态过程分析
为分析方便，现以单相电容器组为例。图1(a)为单相电容器的接线图，G为电源，T为变压器，电容器组C经断路器CB1接在母线上。图1（b）为计算电容器组关合暂态过程的等值电路图，L为线路及变压器等值电感。
（a）单相电容器接线图
(b)等值电路图
图1 单组电容器的接线
根据图1（b）可列出CB1关合时的电路方程为：
（1）
由于 ,式（1）的解为：
（2）
其中， , 、 为常数，由初始条件决定。
高压断路器关合前，若电容器上有残余电荷，电压为U0,则 时，Uc =U0。同时因线路有电感，电流不能突变，因此t =0时，ic=0。将初始条件代入式（2）得：
，
同时由于 ,则式（2）可以简化为：
（3）
由于 ，则电容器上出现的过电压值为 ，若U0与Um极性相同，则电容器上出现的过电压小于2Um；反之，若极性相反，则可能出现大于两倍的过电压。
关合时的合闸涌流为
-
= （4）
式中 ， 。
由上式可见，电容器的涌流由工频部分和高频部分组成。工频部分就是电容器中流过的稳态电流，高频部分为暂态电流。由于电路中总有电阻存在，故暂态电流将会很快衰减到零。一般情况下，暂态电流频率 ，可能出现的涌流峰值 将达到
（5）
由式（5）可知，涌流峰值与电容器容量、系统固有参数、电容器上预充电电压U0及合闸时刻电源电压相位角 有关。降低涌流峰值 ，即降低式（5）中的A值。
（6）
由于 ，故上式 相对值比较小，因此第一项的值的大小是影响 的主要因素。当 ，合闸涌流峰值最小。
1.2 同步关合基本原理
采用同步关合技术，即通过预先测量或控制电容器上预充电电压Uc，来选取电容器投入时刻电源的相位，使得合闸瞬间电源电压 与电容器预充电电压Uc相等，从而可以有效地抑制甚至消除冲击电流。根据电容器预充电电压值，选相合闸最佳时刻分为以下几种情况：
Uc
（7）
涌流的峰值为2倍过电流。
当Uc≥Um时，这时应在 达到峰值、Um与Uc同极性的时刻投入。对于Uc>Um的情况，尽管在电源电压 达到峰值时投入仍然会产生涌流，但在这时投入涌流最小。
当Uc＝Um的情况下进行选相合闸时，a1= a2=0，合闸过程中高频暂态电流为零，电容器直接进入稳态运行。因此希望电容器预先充电电压等于电源电压峰值，在峰值时投入电容器，这时将是最理想的投入时刻。
2 同步控制策略及实现
2.1 电压过零合闸策略
真空电容范文3
关键词：真空断路器；过电压；防治
中图分类号：TM4 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）023(C)-0205-01
一、真空断路器操作过电压对电机产生的危害
高压真空断路器在煤矿高压供电中容易产生操作过电压，特别是开断启动过程中的电动机时，相间操作过电压可能会超过4倍的额定电压，严重危及电动机的绝缘。现已开发并投入使用的限制操作过电压的设备，如氧化锌避雷器，RC阻容吸收器组成过电压保护器等产品，但由于所选用保护和保护设备技术性能的不适应，及被保护设备的特殊情况，实际运行过程中事故仍有发生。
真空断路器电源、负荷侧均存在着电感和电容，真空断路器断开电机回路时产生截流过电压、多次重燃过电压及三相同时断开过电压等三种危害。
（一）截流过电压危害：由于真空断路器有良好的灭弧能力，当断开电流时，真空电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留与电机等电感绕组中的能量必然向绕组的分散电容充电转变为电场能量，对于电机，特别是空载会因此产生大的过电压。
（二）多次重燃过电压危害：多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的，在真空断路器切断电流的过程中触头一侧为工频电源，另一侧为LC振荡电源。如果触头间的开距不够大，两个电源叠加后就会使电弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高，就会发生第二次重燃，甚至发生多次重燃现象，损坏电机。
（三）三相同时断开过电压危害：由于断路器首先断开相弧隙产生重燃时，流过该项弧隙的高频电流引起，其余两项弧隙中的工频电流迅速过零，致使未断开相也被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，产生的过电压是加在相与相之间的绝缘上。在断开中、小容量电机或轻负荷情况下，容易出现三相同时过电压。
二、电机回路使用真空断路器应采取的措施
由于电机绕组存在较大的电感器，以及绕组的匝间电容，对地电容和杂散电容的存在，相当于一个振荡回路。根据真空断路器操作过电压产生的原理，当切断电流时，容易产生过电压危害电机绝缘及回路电气设备。因此，必须采取措施限制操作过电压，以保护电气设备能安全可靠运行。目前，国内采取的措施有装饰金属氧化物避雷器（MOA），三叉戟过电压保护器（TBP）、组合式过电压保护器(JPB)等。以上三种设备均采用氧化锌阀片的主要元件。一般情况下，电机的出厂试验电压为：Us=2（2Ue+1）×0.75×K，K为冲击系数，一般取K=1.15。对10KV电动机：Us=25.6―26.8KV，电动机运行时的试验电压：Us=1.5Ue。对10KV电动机：Us=15KV，冲击值Us=21.2KV。根据绝缘规则的要求，耐电压水平最小应超出保护水平15%，同时由于在10KV及以下系统中中性点不接地或经过消弧线圈接地，且当发生单相接地时，其余相电压升至线电压，并允许运行2小时，在这种情况下，将使避雷器严重过热而损坏。目前，有些厂家研制并生产了旨在限制真空断路器操作过电压危及电机绝缘的新一代产品――RC阻容吸收器，它可使大多数电路的操作过电压降至电源电压的2―2.5倍以下，但是不管何种RC保护器，当它应用在不接地系统中时，按规程要求在电容器电流不大于3―4A时，可带负荷运行2小时。其RC回路中的电容无疑增大了回路的电容电流，如果超过或接近规程规定值则可能需要装设消弧线圈或接地电阻，增加设备和投资。因此应对其进行正确的分析和选用。根据厂家的资料，RC装置中电容量为0.1µF，电阻为100Ω，其容抗为Xc=1/ωC，ω=2πfn，在10KV回路电容电流为：Ic=Ue×Xc=10×2×3.14×50×0.1=0.32A，在6KV回路电容电流为；Ic=Ue×Xc=6×2×3.14×50×0.1=0.2A，从以上计算可知，每台RC装置的电容电流将在0.2―0.32A之间，如果在一条母线上连接多台RC装置，再加上电机回路的电容电流，有可能超过规程规定的允许值。那么电机中性点必须装着消弧线圈或电阻，以保护设备的安全运行。因此，在电机回路中选择设备时，不仅要考虑点击贿赂的电容电流，同时要考虑分支回路的对地电容和用于保护真空断路器的RC装置的电容电流。
真空电容范文4
【关键词】35kV变电站 常见故障 对策
如今在我国，随着电力行业的发展，为了更好地满足供电需求， 35kV及以下电压等级的变电站被大量的应用和推广。然而，值得注意的是，变电站在运行过程中存在着许多故障， 35kV变电站常见的故障主要有真空断路器故障、变电站系统消弧线圈动作故障及电压互感器烧损等问题，所以在供电系统35kV变电站运行的过程中，要采取一切措施预防故障发生。一旦发生故障要及时找到故障并排除，进而保证35kV变电站运行的可靠性。本文将分析探讨故障出现的原因和处理对策。
1 真空断路器常见故障
1.1 真空断路器故障现象分析
真空断路器故障，在35kV变电站长期运行中出现很常见。而真空断路器故障有两种，一是真空泡的真空度不断降低，二是真空断路器分闸失灵。
1.1.1 真空泡的真空度不断降低
由于真空状态的气体逐渐稀薄， 真空度逐渐降低，加上断路器中的隐形故障存在着一些不可预知性，很大程度上会使其使用寿命大大缩短，一旦发生故障，将造成巨大的破坏力，甚至严重到引起真空断路器的损坏和爆炸。因此，必须定期为断路器进行定期检修工作，并定期对真空泡进行检测，确保其具有一定的真空度；发现隐患时及时解决，一旦真空度降低，就要更换新的真空泡。
1.1.2 真空断路器分闸失灵
变电站运行过程中，真空断路器的分闸失灵会导致事故更加严重，让事故的范围扩大。常见的失灵情况包括：在远程遥控分闸的时候，难以确保自动断开断路器；不能使用人工分闸；发生事故时，断路器无法自动断开，导致保护动作失灵。
1.2 真空断路器故障的预防措施
真空断路器故障通常分为两类，针对出现的不同故障需要采取不同的预防措施。
1.2.1 真空泡的真空度不断降低的预防措施
由于真空泡的真空度降低，会使35kV变电站运行的寿命缩短，为了避免该状况的出现，可以采取以下措施：科学的选择产品，必须采用产品本身和操作机构为一体的断路器；在这种真空断路器使用及运行过程中，一定要定期做好检测工作，主要检测的是运行过程中是否有放电现象发生，一旦出现问题要及时拉闸并更换产品，确保变电站运行时各个部件都处于工作状态。
1.2.2 真空断路器分闸失灵的预防措施
变电站运行过程中，当真空断路器出现分闸失灵时，相关的工作人员要对真空断路器当前指示灯的显示状态进行仔细检测，判断其是否自动断开分闸线路，另外，检查其顶杆有没有出现弯曲变形的情况，在低电压进行分合闸的时候，还要测量相关线路电阻值。
2 熔断器故障分析
2.1 熔断器故障现象分析
熔断器，主要起到的是对电气设备的保护作用，当较大电流经过电气设备时，它能先于电器设备而熔断，避免其因过载和短路电流而受到损害。
在35kV变电站运行过程中，所选用的高压熔断器容易发生爆炸事故，并引起变电站主变产生近距离短路，成为一个安全隐患。下面主要从这几个方面分析原因：一是35kV变电站选用变压器容量在逐渐增加，而熔断器选择了不合理的容量，使得熔断电流小；二是，其高压侧相连的导线没有和实际相匹配，其直径和径宽过小；三是，熔断器没有进行合理安装或是没有做好检测维护工作；四是，电压互感器内部出现了故障等。
2.2 熔断器故障的预防措施
在35kV变电站运行过程中，首先，要确保主变容量单台不低于20MVA，也要让两台能够并列运行。其次，在产生近距离短路时，该处的熔断器所选用的设备，其遮断容量高于200MVA，还要认真检测35kV变电中的高压熔断器是否存在问题，主要的任务就是校准熔断器可以承受的最大遮断容量；另外，选择合理的熔体，其主要特点在于熔点低、导电性好、不易氧化，与高压熔断器连接好后，在熔断器之间应进行隔离，这样变电站才能正常运行下去。
3 电压互感器故障分析
3.1 电压互感器故障原因分析
在35kV以下的非接地变电站系统中，通常要用到的储能器材元件会有很多，如非线性的铁心线圈、线性电容等。在某些情况下，由于铁心饱和，引起电感量的变化，当铁心感抗和线路相关数据等同或者接近时，容易引起联铁磁谐振效应。
铁磁谐振是造成电压互感器爆炸或烧毁的主要元凶。电流线路中的非线性电感元件是铁磁谐振产生的根本条件，一旦发生铁磁的谐振，电压互感器将承受严重过电压，铁心的磁通量会会成倍增加，而在分频电压的影响下，铁心会迅速饱和，其频率不断降低，至于绕组过热，被烧坏甚至开裂。
3.2 电压互感器故障的预防措施
35kV变电站最为常见的问题，就是电压互感器的烧损。为了有效的防治电压互感器出现烧坏和损裂，减少其给变电站带来的负面影响和破坏， 常常需要在变电站运行过程中，对于其中性点位置处接入互感器或电源消谐器。但是这个方法被证实具有一定的局限性，只能减少谐振发生的几率。随着科学技术的进步， 4TV方式得到广泛的应用，实际的操作中，可以有效地解决和预防铁磁谐振；其内部散热片及非线性碳化硅电阻片容量极大等。
4 结束语
35kV变电站的运行操作是一项专业性、综合性很强的工作，随着科技的发展，电力系统不断的革新，电力系统的负重和复杂程度也不断增加，如何保障各级变电站正常顺利运行成为了目前研究的重要内容之一。
由于上述原因造成的35kV变电站的运行故障，需要及时采取措施进行修复，如果发生故障，要及时找到故障并排除，这就需要所有工作人员要有强烈的责任心和较高的技术素质，并且要认真执行规程规定，规范自己的操作步骤，从而确保电站的安全万无一失。
参考文献
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作者简介
刘雪桦（1987-），女，大学本科学历。现为盐城供电公司助理工程师。主要研究方向为变电运行值班（110KV及以下）。
真空电容范文5
【关键词】 35kV线路 带电作业 断接空载线路 仿真计算
1 空载线路等值模型
不带负载的高电压输电线路的投入运行和退出在原理上与电容器的投切相同，因为不带负载的输电线路主要是电容性质，可以等效为一个集中电容器。此外，由于法兰第升压效应而发生一个小的电压突变。高电压输电线路还存在行波传输时间，在线路较长的情况下需要采用分布元件而不用集中元件来表示。对于长度小于200km的线路可以采用集中电容器来等效，配电线路一般都比较短，在数km到数十km之间，因而可以采用集中参数来进行模拟。依据6-2的带电断接空载线路等效电路图，在ATP仿真软件中，建立了相应的仿真模型，线路参数如表1所示[2]，如图1所示。
在搭接不带负载的高电压电缆或空载线路时，遮断电流主要为电容性电流。此电流与切换电容器组时的电容性电流相比是小；但遮断空载线路的电容电流的特性及过程与电容器投切的过程基本相同。
2 仿真计算
2.1合闸角对暂态过电压的影响
电搭接空载线路时，一般在线路接近带电体的距离足够小的情况下，间隙在电源电压接近峰值时发生预击穿，因为预击穿发生可能性最大的相角区间为[60°，90°]（电压过零后为起点），我们对搭接在电源侧电压为峰值时发生预击穿时的过电压特性进行了仿真计算，计算结果如图2所示，在电源电压为峰值时发生预击穿或合闸会产生约1.36pu，显然在相角为30°及以下时合闸不会产生明显的过电压，但实际上，人工带电搭接空载线路时，工频电压下，间隙的工频耐受距离约9cm，若搭接速度为0.2m/s，间隙处于预击穿过程的时间为0.36s，约18个工频周期，显然，在搭接期间会发生预击穿，如果大气条件良好，作业人员不抖动的条件下，电弧会比较稳定，不会形成多次重击穿过程。作业人员的搭接速度为1m/s，对应地也有4个周波，发生在峰值时发生预击穿的机率减小[3]。
2.2搭接空载线路的长度对暂态过电压的影响
空载线路的长度与线路的等效电容成正比，因而搭接的空载线路越长，对应的电容及电容电流越大，电磁暂态能量也越大，因而电磁暂态过程也明显，分别对不同容量的空载线路等效电容搭接过程的暂态过电压进行了计算，计算结果如表2，随着搭接空载线路的电容的增加，产生的过电压幅值明显增加。
2.3搭接速度对电弧重燃特性及过电压的影响
搭接的模拟线路的电容为0.7μF，研究间隙的电弧重燃特性对合闸过电压的影响，当重燃电压为10kV时，产生的过电压为42.9kV，如图3（a）所示，当重燃电压为28kV，如图3（b）所示，接近于负电压峰值时发生重击穿，对应的过电压为47.0kV，所以从以上分析可以看出，重击穿发生时，间隙两端的电压越高，产生的过电压越高，显然间隙上承受的电压和间隙的距离相关。显然，在搭接过程中，搭接的速度对减小过电压具有以下几个方面的作用[4]：
（1）搭接速度一方面减小了间隙重燃的时间；
（2）搭接速度可以有效减小断口间隙和重冲击发生的重击穿电压。
（a） 电弧重燃电压为10kV （b）电弧重燃电压为28kV（红线为空载线路上电压）
图3 电弧重燃特性
3 基于暂态过程的空载线路搭接工艺
通过对搭接空载线路的暂态过程进行分析，空载线路搭接操作过程中会出现明显的电弧，电弧的长度以及重燃与熄灭特性，一方面产生操作过电压，另外一方面，产生的电弧会影响相地和相间间隙的绝缘特性。通过前述分析，带电搭接空载线路过程的过电压不是搭接空载线路过程中的空载因素，而电弧拉弧长度则是带电搭接空载线路中的控制因素。
开断容性电流过程中的会出现拉弧，拉弧的长度可以根据下式进行计算：
（1）
式中：Lcm―容性电弧长度，m；
Vp―开关端口间隙上的电压（rms），kV；
IC―开关的容性电流（rms），A；
Vl―线电压，kV
当搭接空载线路出现电弧时，为了确保线路和作业人员的安全，要求在出现拉弧的条件下，能确保作业人员的安全，根据空气间隙在慢波头操作冲击电压电压下的特性，并且能承受4pu的过电压。
（2）
（3）
式中：d-电弧与临近导体或接地体之间的距离；
Vca-间隙在操作过电压下的耐受电压；
Vcr-4pu过电压下的耐受电压；
Vl-线电压；
出现电弧条件下的相间间隙Dl和相地间隙Dg满足下式：
（4）
（5）
分别得到在考虑相地间隙和相间间隙时，搭接过程中出现拉弧时，在不影响间隙绝缘要求的前提下，可以搭接的容性电流Icr的大小：
（6）
（7）
对于35kV配电线路，在带电搭接空载线路时，按照4倍过电压考虑，相地距离为0.5m时，采用开关可以搭接的电容电流为0.81A，相地距离为0.6m时，采用开关可以搭接的电流为1.17A，此时，电弧拉弧距离为0.328m，显然对于容性电流较大的空载线路进行开断，需要采用消弧装置来进行。
对于利用空气直接灭弧的方式，当开断容性电流为1A，线路电压为35kV的系统时，电弧可能达到的长度为0.28m，当开断的容性电流为0.5A时，电弧可能达到的长度为0.14m，当开断的容性电流为0.2A，拉弧长度可能最大达到0.056m，说明分闸过程中分断距离达0.056m时，如果间隙的绝缘不能恢复，则会出现稳定的电弧。显然快速开断可以的好处在如下几个方面：（1）避免电弧长时间燃弧积累大量热量，造成空气热游离，降低间隙绝缘强度使得电弧拉弧长度长并且难以熄弧，威胁相地和相间绝缘；（2）获得足够的间隙距离，使得电弧难以发生重燃。
4 结语
在搭接过程中，搭接速度一方面减小了间隙重燃的时间，另一方面有效减小断口间隙的重击穿电压。
对于35kV架空线路，按照0.5A核算可以搭接的空载线路长度为8km，如果按照0.2A核算，则可以人工搭接的空载线路的长度为3.5km。
参考文献：
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真空电容范文6
关键词：风电场；变压器：合闸弹跳过电压
中图分类号：TM4文献标识码： A 文章编号：
引言
随着全球能源安全和气候问题的日益突出，风电作为技术相对成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的新能源发电技术，在全球范围内得到迅猛发展。但因为其间歇性、随机性及反调峰等特点，其大规模并网给电网的安全和经济运行带来了诸多影响，其中之一便是并网时因合闸弹跳等原因引起的过电压问题。真空开关灭弧能力很强，往往使小电弧在电流过零前熄灭，造成截流现象，容易产生截流过电压。35 kV 真空断路器引起的切空变过电压峰值在 55 ～85 kV 之间，未超过系统最高运行电压幅值的 4 倍，对变压器的绝缘损害不大。但是考虑到变压器关合时，与合闸相位有关，将产生或大或小的涌流，在最不利的条件下，合闸涌流可超过变压器的额定电流，持续时间会长达数秒之久，在关合涌流出现的过程中，如由于合闸弹跳等原因，断路器开断，此时出现的截流值会大大超过变压器稳态空载电流的峰值，导致危险的截流过电压。加装 R － C 阻容保护装置和避雷器可以抑制过电压。
本文首先分析了截流过电压的产生过程，针对某风电场变压器，使用MATLAB/SIMU-LINK 软件，通过引入较精确的变压器模型，对合闸弹跳引起的过电压进行了仿真，并与试验结果进行了比较。
1 截流过电压的产生
图 1 为切空变的等值电路。其中 Ls为电源等值电感; Cs为母线对地杂散电容; Lk为母线至变压器连线的电感; K 为断路器; L 为空载变压器的激磁电感; C 为变压器等值对地电容与空载变压器侧全部联线及电气设备对地电容的并联值。
图 1 切空载变压器等值电路
切断空载变压器的操作是通过断路器 K 完成的，电流的切断过程显然与断路器的灭弧能力有关。在使用灭弧能力与电流大小有关的断路器( 如一般油断路器) 时，由于在切断小电流时熄弧能力较弱，不会产生在电流过零前熄弧的现象。在使用灭弧能力与电流大小关系不大的高压断路器 ( 如压缩空气断路器、压油式少油断路器等)时，由于断路器的灭弧能力是按切断大电流设计的，当用这种断路器切断较小的激磁电流时，可能在激磁电流到达零点之前发生强制熄灭 ( 如果激磁电流很小，甚至可在电流接近最大值时突然切断) ，这就是断路器的截流现象。截流后产生过电压的倍数 Kn为
Kn= ηm·（f0÷f）
可以看出，过电压倍数与截流值成正比。
本文主要根据某风电场的 ZGS-ZF-1600/36.75 箱式变压器出现合闸弹跳过电压情况进行计算。等值电路如图2 所示。进行35 kV 侧负荷开关合闸操作时出现合闸弹跳过电压，从而导致箱式变压器故障。研究表明，变压器处于稳态时，分闸导致的截流过电压并不严重。但如果在励磁涌流出现的过程中大电流被截断，将出现比稳态时大得多的过电压。由于励磁电感的非线性特性，无法通过理论计算来得出合闸暂态过程中过电压的具体数值。本文通过引入变压器较精确的非线性电感模型来模拟由于弹跳导致的过电压。
2操作过电压特点及产生
空载线路合闸时，由于线路电感和电容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时，由于电源电势较高和线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。操作过电压的特点是持续时间一般较雷电过电压长，而比暂态过电压短，且衰减很快，一般在数百微秒到100ms之间。造成操作过电压的原因很多，主要有以下几点：
（1）截流过电压。电流截断后，回路中的电感和电容将发生高频振荡，截止电流在负载电感上的能量，往往就在负载的分布电容上以电压形式释放出来，振动频率可达几千赫兹。此时，积累在负载电感中的能量全部转换到并联电容上，负载上电压达到最大值。
(2)三相不同期过电压。即三相不同期跳闸或合闸(跳闸时更严重)时，若第一相分断后，发生不正常的重燃，由此引起暂态高频电流通过相间互感器和电容藕合到第二、三相上，并在第二、三相上与原有工频电流叠加形成过电压。
(3)重燃过电压。重燃过电压分为电流型和电压型。电流型过电压系截流过电压使触头间隙再次击穿，电弧熄灭后又再次重燃。电压型过电压出现的概率极低。断路器在电流过零附近断开，触头分开还不充分，回路的电感、电容又正好引起高频振荡，而真空灭弧室对高频电弧有极强的灭弧能力，从而引发高频率振荡过电压。
3 仿真模型的建立
3.1 系统电源模型
电源的三相电压分别描述为
ua= Umsin ( wt + α)
ub= Umsin ( wt + α － 2π /3)
uc= Umsin ( wt + α + 2π /3)
式中: Um为相电压幅值; α 为初相角。
考虑系统电源的内部阻抗，用 Ls来表示，与电源串联，
Ls= V^2/ ( ωSf)
式中: V 为系统线电压有效值，kV; Sf为系统短路容量，10 kV 系统取 120 MVA，35 kV 系统可取220 MVA。
3. 2MATLAB 搭建的模型
仿真模型如图2 所示。断路器用理想开关来模拟，控制其在特定时刻分闸/合闸，可以模拟励磁涌流和截断过程，改变变压器对地等效电容的值可以模拟加装保护前后的弹跳过电压。
图 2切空变三相仿真模型
4 仿真结果
4. 1 未加装保护时的弹跳过电压
合闸弹跳过电压波形如图 3 所示，现场试验波形如图3 ( b) 所示。由图可知，加保护之前合闸弹跳过电压倍数 Kn=17. 36，
作者通过现场实测，得到过电压倍数为 16. 4。两者相吻合，合闸弹跳导致的过电压很大，对电力设备会造成损坏。
图 3加保护之前合闸弹跳过电压仿真与测试波形
结论
本文在理论上分析了稳态分闸时的过电压情况，并建立了考虑变压器非线性电感的较精确数
学模型，仿真了在合闸弹跳时导致的弹跳过电压过程，得出以下结论: 合闸弹跳引起的过电压很大，会对风电联网系统电力设备造成损坏。通过增加变压器对地等效电容等措施，可以有效降低变压器弹跳过电压。该项研究对于风电场并网时产生的过电压抑制具有较大的参考价值。
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