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1、毕业设计/论文开 题 报 告课 题 名 称 院 系 专 业 班 姓 名 评 分 指 导 教 师 华中科技大学武昌分校毕业设计开题报告撰写要求1. 开题报告主要内容1）课题设计的目的和意义；2）课题设计的主要内容；3）设计方案；4）实施计划。 5）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。2撰写开题报告时，所选课题的课题名称也不得多于25个汉字，课题设计份量要适当， 设计中必须是自己的设计内容。3. 开题报告的字数不少于2000字（艺术类专业不少于1000字），格式按华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范的要求撰写。4. 指导教师和责任单位必须审查签字。5开题报告单独装订，本附件
2、为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。6. 此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在系在基础上提出调整方案，报学校审批后执行。华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告学 生 姓 名 潘俊文 学 号20101131281专业班级电气1006 系别电气指导教师郭磊职称 课题名称500kV变电站GIS设备接地电流的计算研究 1课题设计的目的和意义 GIS（gas insulated switchgear,全封闭式气体绝缘开关设备）和HGIS（hybrid gas insulated switchgear,复合组合电器）设备广泛应用于我国电力系统各电压等级的变电站中。我国
3、已投运的1000KV特高压交流示范工程和正在规划的特高压交流工程也都采用了GIS或HGIS的设计。 为了解决GIS母线外壳环流带来GIS设备局部发热，加速绝缘的老化，特别是GIS外壳与地网回路中感应的入地电流造成的安全问题，通过对500KV分体结构GIS稳态运行情况下外壳感应电流的计算，研究了GIS基本设计参数对外壳感应电流的影响。在设计时要合理设定GIS接地装置的型式和布置，以降低GIS场地的接触电位差和跨步电压差，保证工作运行人员和场内设备的安全。一般来说GIS所需的场地面积仅为常规变电站的10%25%。在整个GIS中，母线被密封于接地的金属壳内，金属壳内充满了SF6压缩气体，母线与外壳之
4、间的距离很近。正是由于GIS的这种紧凑结构特征和短尺寸，使GIS的接地显得尤为重要。根据我国已建成的GIS变电站的运行经验，许多GIS设备的故障往往都与其外壳不平衡电流有关。目前国内还没有与GIS金属外壳环流相关的定量判断标准，因此有必要研究分析GIS金属外壳环流的特性，以保证GIS变电站能安全可可考地运行，并为特高压GIS变电站的优化设计提供理论依据。2课题设计的主要内容 (1)查阅大量参考文献，理解课题的意义目的，掌握设计的原理，认真完成开题报告，综合运用所学的理论知识和实验经验确定比较完善的课题设计方案并拟定实施计划。 (2)应用ATP计算程序计算500kV变电站工况运行时GIS设备外壳
5、的接地电流。通过仿真软件建立变电站按一线一变方式运行的情况下的变电站模型和GIS设备外壳的接地模型。计算500kV变电站正常运行时，GIS设备外壳电流和外壳电流通过接地装置流入地网的接地电流分布情况，并将计算值与有关部的实地测量数据进行比较分析。 (3)弄明白每个环节的具体实施方案，选择合适的控制策略。并根据选择的控制策略，设计出合适的软件系统。要重点掌握ATP的操作方法制定方案。 (4) 根据设计需要完成相应软件设计，并借助工具完成调试。 (5) 总结本课题设计过程中的经验，结合设计实践，编写完整的设计论文。3设计方案 （1）分析GIS外壳感应电流的产生原理 （2）GIS外壳感应电流的等效计
6、算 等效计算模型的建立 计算结果 （3）GIS外壳感应电流影响因素的计算分析 相间距离对外壳接地段环流的影响 外壳半径对外壳接地段环流的影响 外壳接地点间距对外壳接地段环流的影响 （4）得出结论4实施计划 （1） 第 1-2 周：查阅资料，翻译外文文献，撰写开题报告。 （2） 第 2 周：开题报告答辩。 （3） 第 3-9 周：根据拟定的课题实施方案，进行深入研究。 （4） 第10-12周：撰写并提交毕业设计论文初槁，指导教师批改论文，给出指导意见，然后修改论文，定稿。 （5） 第 13 周：毕业设计答辩资格审查。 （6） 第13-14周：答辩前专项检查各教研室自查、院（系）复查与学校检查相结
7、合，未通过学校检查的专业不得进入答辩环节。 （7） 第14-15周：进行毕业设计/论文修改，完成答辩。5主要参考文献（不少于5篇，其中外文文献至少1篇）1 何金良，曾嵘.电力系统接地技术.科学出版社，2007.2 梁曦东，陈昌渔，周远翔.高电压工程.清华大学出版社，2003.3 刘振亚，国家电网公司750kV输变电示范工程建设总结.北京：中国电力出版社，2006.4 吴云飞，汪涛，林志伟，500kV变电站的HGIS和GIS设备接地电流测量结果分析.电网技术.2007,12:4749.5 IEEE Std 1243-1997. IEEE Guide for Improving the Light
8、ning Performance of Transmission Lines.1997指导教师意见指导教师签字： 年 月 日答辩小组意见：组长签字： 年 月 日教研室审查意见：教研室负责人签字：年 月 日院系审查意见：院系负责人签字： （公 章） 年 月 日（此表由学生填写，指导教师、答辩小组、教研室、院系签署意见）毕业设计/论文外 文 文 献 翻 译院 系 专 业 班 级 姓 名 原 文 出 处 评 分 指 导 教 师 华中科技大学武昌分校20 年 月 日毕业设计/论文外文文献翻译要求：1外文文献翻译的内容应与毕业设计/论文课题相关。2外文文献翻译的字数：非英语专业学生应完成与毕业设计/论文
9、课题内容相关的不少于2000汉字的外文文献翻译任务（其中，汉语言文学专业、艺术类专业不作要求），英语专业学生应完成不少于2000汉字的二外文献翻译任务。格式按华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范的要求撰写。3外文文献翻译附于开题报告之后：第一部分为译文，第二部分为外文文献原文，译文与原文均需单独编制页码（底端居中）并注明出处。本附件为封面，封面上不得出现页码。4外文文献翻译原文由指导教师指定，同一指导教师指导的学生不得选用相同的外文原文。金属氧化物避雷器在气体绝缘变电站中的响应以及改善其动态性能的方法摘要众所周知，金属氧化物避雷器（MOA）已无力对付快速暂态过电压（VFTO）。本文的
10、目的是研究金属氧化物避雷器动态性能的气体绝缘变电站（GIS）。230 kV GIS是从当地的实用性和系统的模拟是非常快的瞬态。对避雷器的动态性能从当前不同前时代潮，从微秒到纳秒级使用电磁暂态程序进行了分析。动态特性可以得到超过1毫秒前的时间。然而，在当前的时间有一个偏差小于1毫秒，说明避雷器传导失败,因为在其最初的响应延迟，尤其是在VFTO。动态特性的特性提高是通过该系统中的阳离子以及避雷器。构造一个动态磁滞曲线确定残余电压和电流之间的延迟。通过降低延迟，有可能使避雷器的有效利用，可以提高VFTO应用提高避雷器的动态特性。1 简介快速暂态过电压（VFTOs），与前时间5 ns 命令，发生在气体
11、绝缘变电站间（GIS）和真空断路器中的开关操作期；也有对变电站雷电流上升很快的速度发生明显增大，陡瞬变的振幅是依赖于开关的类型，真空产生的比SF6振幅越大，也依赖于系统条件。245千伏的GIS,VFTO的最大可能值水平为2.72单位。VFTO的主要问题是对地闪络隔离开关接触和失败的电子控制电路连接到GIS 的VFTO下，该设备在GIS绝缘经受渐进而逐步恶化，在GIS及其配件的合理设计需要减少这些VFTOs的影响。目前电力网VFTOs存在已经建立；也对金属氧化物避雷器的设计来防止VFTOs不足。值得注意的是，这些避雷器不能在短上升时间有效的对应瞬变。电压时间行为的无间隙避雷器在非常快的瞬态下主要
12、取决于它的打开行为这些行为受其设计和施工材料。所有这些都是一种很好的协调器防VFTOs的重要性。这项工作的目的是研究和金属氧化物避雷器的响应行为，连接到GIS，当受到电流不同前时代潮，微秒到纳秒级。2 避雷器的动态特性金属氧化物避雷器的高度非线性行为在这样一种方式，所施加的电压增加它们的电阻急剧减小。这个通常表示为 q是一个几何因子由非线性的尺寸决定，是一个变化范围从30至40的常数，并给出了一个衡量或感觉存在的电压和电流之间的非线性关系。这一价值估计所需的电流的大小和相应的电压之间的关系式 V1和V2的电压电流I1和I2（I2I1）。正确的值的计算来自于避雷器的VI特性的使用。避雷器的行为不
13、同的各种浪涌波形，根据每次的幅度和上升的上升率。残压的测量，目前超过1毫秒前的激增，表明和特定的动态特性,剩余电压随电流前时间减小，残余电压达到其最大浪涌电流达到其峰值之前。它们的动态特性是非常重要的表演的绝缘配合研究对快速波前过电压浪涌。快速前激增，那些在微秒的范围内的上升时间，电压波的峰值电流波的峰值之前。然而，非常快的瞬态浪涌电流，用纳秒级的时间面前，电压波的峰值电流波的峰值后。因此瞬间的残余电压的初始峰值出现的金属氧化物避雷器对VFTOs 动态性能的研究十分重要的,所以它是衡量残余电压上升时间的初始的本质，除了其峰值，尤其对VFTO。3 GIS系统的描述 变电站电气设备的配置和设计是基
14、于用户的决策。这是更经济的使用传统的避雷器和变压器上的架空线相邻，地理信息系统，而不是气体绝缘避雷器和气体绝缘变压器的连接。避雷器与变压器之间的距离来确定变压器的高电压端子过电压的大小。一个有助于VFTO作用下变压器故障的因素是由于较高的非线性电压分布沿绕组由于其电容可能导致在转身之间的高电压。由于出现在初始电压分布的电位梯度大，在高压绕组匝间绝缘的开始往往是不成比例地强调的更多。如通过架空线路连接到GIS变压器设备，电缆或直接导入GIS将由VFTOs 影响。尽管VFTO幅值低于基本脉冲电平（BIL）的系统，由于频繁的发生，它们有助于系统中的绝缘寿命的降低。根据的VFTO及其频率内容的大小，可
15、导致应力超限VFTOs变压器绕组绝缘的。这是在文献 1，4，1419 日报道，有VFTO作用下变压器故障由于金属氧化物避雷器（MOA）可能在非导通状态下VFTO，但它是一个很好的保护装置的时间超过1毫秒前的浪涌电流（雷电和开关浪涌）。所以，避雷器动态性能的研究是一个试图提高VFTO的应用。 一个从泰米尔纳德邦电力局的方案系统，印度当地的效用是分析。图1显示了230 kV GIS的单线排列和连接的设备。230 kV GIS与14米长的气体绝缘母线（BC）是连接到一个100 MVA，230 / 110 kV变压器通过20米长的架空线路（OHL）表现为CE。2公里长的奥尔（BA）连接到另一端的气体绝
16、缘母线。避雷器分级一分级环放置10米（D）从230 kV侧变压器的非线性指数（）为避雷器是50，这是从VI特性的避雷器获得由厂家提供。 图1一230 kV GIS单线图 所安装的避雷器的额定值如下：Mcov=181 kVRMS。 电流=10 kA。 雷电防护等级=525 kVpeak。开关浪涌保护水平=445 kVpeak。 暂时过电压耐受水平=230200 kVRMS的100.01 s，分别。三类放电线 3.1 系统建模 GIS组件和VFTO计算模型是由Povh et al.和Vinod Kumar et al.提出的。由于VFTO主要含有高频分量，从几百千赫到几十兆赫，大多数的模型都有其电
17、容支配其他参数。一个地理信息系统总线的典型长度远小于普通的变电站，与此同时在高频率，在几百kHz到MHz范围，GIS总线的作用类似于一个有限的运输时间，传播速度和波阻抗传输线。对GIS总线被建模作为传输线可以从关系得到的波阻抗值 “a”是在高压母线和“b”的直径为外壳的内径。对于给定的230 kV GIS，波阻抗值被发现是78 。在OHL的波阻抗值为388 ，它认为激增的OHL以光速并且光的速度0.9倍在GIS中的传播。电力变压器，终止GIS母线，表示为集总电容4 NF 。变压器电容对过电压的产生有非常重要的意义。表1显示了图1的等效构件表示。 基于这次研究的重点是纳秒级电流浪涌避雷器的动态性
18、能，避雷器的精确建模与分布式参数。MOA的VI特性对于一个给定的电流激增循环趋势。循环是由于在金属氧化物避雷器的响应时间滞后，环的大小取决于电流冲击的幅度和波形，这种特性表明有等价与非线性电阻串联电感。由于电容起主要作用的非常快的瞬态条件下，对于VFTO的研究实际电容将是非常必要的。因此，避雷器是作为一个组合的非线性电阻，电感和电容的模型。块电容（电容的非线性块）和杂散电容（电容接地）避雷器提取用有限元法。这些提取的值是用避雷器的VFTO模型。建模过程中对MOA非常快的瞬态在讨论。3.2 短连接的重要性导致 连接的总和导致架空线路和地垫之间创建一个电感约1 Hm ，它影响避雷器电流并且因此引起
19、变电站的过电压。避雷器的残余电压随电流的振幅非常微小的变化，由于连接的引线电感，陡峭的电流会产生一个电压，避雷器的残余电压增加。因此，为了使这些重要的引线尽可能短，如图2所示，特别是在短的变电站。电压应力对变压器绝缘并联避雷器和避雷器的残余电压和所导致的感应电压也在平行的保护绝缘。如果避雷器的长度减少，故此，变压器绝缘应力可以减少。 因此，GIS系统参数如避雷器引线和分离距离对系统中的过电压的计算很重要。延迟线的建模（DC），地下电缆有意引入电路造成避雷器响应的改进，电容式电压互感器（CVT）在表1中给出。完整的230 kV GIS系统的模拟是准确的VFTO过电压在不同的陡度使用电磁暂态程序（
20、EMTP）计算的浪涌电流。电流浪涌尾时间不影响避雷器的初始反应并且在电压曲线尾部的下降是不重要的绝缘配合研究 。因此，下面的讨论仅基于当前潮前的时间。翻译原文：Response of metal oxide arrester in gas-insulated substation and methods to improve its dynamic characteristicsAbstract: It is well known that the metal oxide arrester (MOA) has the inability to operate against very fast
21、 transient overvoltage (VFTO). The aim of this paper is to study the dynamic performance of MOA in gas-insulated substation (GIS). A 230 kV GIS is taken from a local utility and the system is modelled for very fast transients. The dynamic performance of arrester is analysed for current surges of dif
22、ferent front times, varying from microsecond to nanosecond using electromagnetic transient program. The dynamic characteristics can be obtained for front time, more than 1 ms. However, there is a deviation in it when front time is less than 1 ms, showing failure of arrester conduction because of del
23、ay in its initial response, especially under VFTO. The dynamic characteristic is improved by making modications in the system as well as in the arrester. A dynamic hysteresis curve is constructed to conrm the delay between the residual voltage and current surge. By decreasing the delay, it is possib
24、le to improve the dynamic characteristics of the arrester so that the effective utilisation of MOA can be enhanced in VFTO applications.1 Introduction Very fast transient overvoltages (VFTOs), with the front times in the order of 5 ns 1, occur during the switching operations in gas-insulated substat
25、ion (GIS) and vacuum circuit breakers; there has also been increased evidence of the occurrence of very fast rate of rise of lightning currents at substations 2, 3. The amplitude of the steep fronted transients is dependent on the type of switch, with vacuum producing higher amplitudes than SF6, and
26、 also on system conditions 4. In the case of a 245 kV GIS, the maximum possible value of the VFTO level is 2.72 per unit. The main problems associated with the VFTO are ashover to ground at the disconnector switch contacts and failure of electronic control circuits connected to GIS under VFTO 5. Con
27、sequent to the higher frequency of the occurrence of VFTOs, the insulation of the equipment in GIS is subjected to gradual but progressive deterioration 6. Proper design of the GIS and its accessories are required to reduce the impact of these VFTOs. The presence of VFTOs in the power networks has n
28、ow been well established; so also the inadequacy of the present design of metal oxide arresters to protect against VFTOs 1. It is noted that these arresters are not effective against the transients with very short rise time. The voltage time behaviour of gapless arresters under very fast transients
29、depends chiey on its turn on behaviour which is inuenced by its design and construction materials 7. All these attest to the importance of a well-coordinated arrester protection against VFTOs. This work aims to study the behaviour and response of metal oxide arrester, connected to GIS, when subjecte
30、d to current surges of different front times, microsecond to nanosecond level.2 Dynamic characteristics of arrester The highly non-linear metal oxide arresters behave in such a way that their resistance decreases sharply as the voltage applied across them increases. This characteristic is usually ex
31、pressed as in I = qV a (1)where q is a geometrical factor, determined by the dimensions of the non-linear resistor and a is a constant varies from 30 and 40, and gives a measure or a feel of the non-linear relationship that exists between current and voltage 8. The a value is estimated between two d
32、esired magnitudes of current and corresponding voltage by (2) where V1 and V2 are the voltages at currents I1 and I2 (I2 . I1). Correct value of a is calculated from V I characteristics of the arrester using (2). Surge arresters behave differently for various surge waveforms, depending each time on
33、the magnitude and the rate of rise of the surge 9, 10. The measurements of the residual voltage, for current surges of front time more than 1 ms, indicate dynamic characteristics and specically, the residual voltage increases as the current front time decreases and residual voltage reaches its maxim
34、um before the current surge reaches its peak. Their dynamic characteristics are important for performing insulation coordination studies against fast front overvoltage surges. For fast front surges, those with rise times in the range of microseconds, the peak of the voltage wave occurs before the pe
35、ak of the current wave. However, for very fast transients, with front time of nanosecond current surge, the peak of the voltage wave occurs after the peak of the current wave. Therefore the instant at which the initial peak of the residual voltage occurs is very important for the study of dynamic pe
36、rformance of the metal oxide surge arrester against VFTOs 11. So it is essential to measure the initial rise time of the residual voltage, in addition to its peak value, especially for VFTO.3 Description of the GIS system The conguration of substation and design of electrical equipment are based on
37、the decision of the user. It is more economical to use conventional arrester and transformer on the overhead line adjacent to GIS, rather than connecting as gas-insulated arrester and gas-insulated transformer. The distance between the arrester and the transformer will determine the overvoltage magn
38、itude at transformer high- voltage terminals. One of the factors that contribute to transformer failure under VFTO is due to higher non-linear voltage distribution along the winding owing to its capacitance, which could result in high voltage between turns. The insulation between turns at the beginn
39、ing of the high-voltage winding is often disproportionally more stressed because of the large potential gradient appearing in the initial voltage distribution 12. Equipments such as transformers connected to the GIS via overhead lines, cables or direct GIS ducting will be affected by the VFTOs 13. E
40、ven though VFTO magnitudes are lower than basic impulse level (BIL) of the system, they contribute to reduction in the life of insulation in the system because of their frequent occurrences 6. Depending upon the magnitude of the VFTO and its frequency content, VFTOs can cause overstressing of the tr
41、ansformer winding insulation. It is reported in the literature 1, 4, 14 19 that there is failure of transformer under VFTO since the metal oxide arrester (MOA) may be in non-conduction state under VFTO, but it is a good protective device for current surge of front time more than 1 ms (lightning and
42、switching surges). So, an attempt is made to study and improve the dynamic performance of arrester for VFTO applications. A modied system from Tamil Nadu Electricity Board, India for the local utility is considered for the analysis. Fig. 1 shows the single-line arrangement of the 230 kV GIS and the
43、connected equipment. The 230 kV GIS with 14 m length of gas-insulated busbar (BC) is connected to a 100 MVA, 230/110 kV transformer through 20 m length of overhead line (OHL) shown as CE. A 2 km length of OHL (BA) is connected to the other end of gas-insulated busbar. A surge arrester graded with on
44、e grading ring is placed 10 m (D) away from the transformer in 230 kV side. The non-linearity index (a) for the arrester is 50, which is obtained from V I characteristics of the arrester as furnished by the manufacturer. Fig. 1 Single-line diagram of a 230 kV GISThe rating of the installed surge arrester is as follows: MCOV 181 kVrms.Current 10 kA.Lightning protection level 525 kVpeak. Switching surge protection level 445 kVpeak.Temporary overvoltage w