中文摘要：

真空开关操作过电压的机理研究以前集中于额定电压12 kV及以下。随着应用电压等级的提高，出现了一些以往很少见的过电压现象和事故，如40.5 kV真空开关操作导致系统短路、灭弧室损毁以及电源侧过电压等，传统的抑制方法效果不佳。内蒙某变电站曾进行了40.5 kV真空断路器开断并联电抗器以及保护方案的现场试验，也发现了一些不同于以往的新现象。目前国内外尚缺乏对此类事故和现象的研究，也就难以对过电压特性和抑制效果作出很好的估计从而合理的选取过电压防护措施。操作过电压也成为了真空开关应用于更高电压等级电力系统的阻碍之一。本申请拟通过一系列的试验和仿真，结合现场试验结果，建立真空开关的仿真计算模型，得出40.5 kV真空开关操作过电压有关的多种特性参数及其影响规律，探索磁环等抑制过电压的效果和机理。进一步完善真空开关操作过电压的产生机理、抑制方法和评估技术。

结论摘要：

真空开关操作过电压的机理研究以前集中于额定电压12 kV及以下。随着应用电压等级的提高，出现了一些以往很少见的过电压现象和事故，如40.5 kV真空开关操作导致系统短路、灭弧室损毁以及电源侧过电压等，传统的抑制方法效果不佳。内蒙某变电站进行了40.5 kV真空断路器开断并联电抗器以及保护方案的现场试验，也发现了一些不同于以往的新现象。目前国内外尚缺乏对此类事故和现象的研究，也就难以对过电压特性和抑制效果作出很好的估计从而合理的选取过电压防护措施。操作过电压也成为了真空开关应用于更高电压等级电力系统的阻碍之一。本项目通过对现场试验结果的深入分析和仿真计算，取得了一系列的研究成果。①通过现场试验的统计分析，给出了40.5kV真空断路器开断并联电抗器时重燃次数多、恢复电压陡度大、相间过电压倍数高的定量特征参数。②通过电路分析和理论计算给出了三相相互耦合引发的多次重燃过程以及高幅值过电压的产生机理，即工频电流首先过零相的预期瞬态恢复电压幅值高，导致电弧重燃，重燃产生的高频电流经电缆的相间耦合导致其他两相发生强制熄弧。强制熄弧相预期瞬态恢复电压的幅值和初始上升率都极高，继而引发三相多次重燃过程，并产生可达相对地过电压幅值的2倍的相间过电压。③结合实验室试验和现场试验结果建立了包含截流值、介质绝缘强度、高频熄弧能力等三个主要参数的真空断路器模型，以及包含相间多种耦合关系的电网模型，并根据试验结果改进模型以及设置模型参数。通过仿真计算深入分析了过电压的影响因素。④通过仿真分析，系统地讨论了金属氧化物避雷器MOA、阻容保护的保护机理和优劣，讨论了多种新的保护方案，包括电气设备的绝缘配合、改变断路器参数、改变电网元件参数、串入磁环、断路器相控操作及三相不同期开断等。