臺灣博碩士論文加值系統

摘 要

電力系統運轉過程中，當系統結構改變或遭受外力干擾之際，常會伴隨著許多不穩定的暫態現象發生，而此暫態過程將可能導致系統出現過電壓的異常情形，依其發生時之頻率區別大致可分為高、中及低頻等三種；其中開關突波與雷擊突波屬於高頻過電壓現象，電容切換易引起中頻過電壓的發生，而鐵磁共振則歸屬於低頻過電壓範圍。前述之過電壓現象，不但容易造成電力設備的絕緣破壞，也會影響系統運轉時的可靠度與穩定度，尤以鐵磁共振現象所造成的損壞較為嚴重，且常為一般運轉人員所忽略。基於此，本論文運用電磁暫態程式 (Electromagnetic Transients Program, EMTP) 完整建立電力開關場之相關模型，並以深澳發電廠更新改建後之161kV及345kV系統為案例，模擬並分析系統於操作過程中所可能產生之過電壓現象。依據模擬結果分析，系統並無鐵磁共振情形發生，且開關場加壓至系統所產生之開關突波亦不致對系統產生不良影響。本研究結果可供設計及運轉維護人員參考，以期能有效減低鐵磁共振之可能性與過高開關突波對於系統之影響。





關鍵字：鐵磁共振、開關突波、電磁暫態程式

Abstract

When the structure of power system is changed or facing external disturbances, many unstable transient phenomena may occur during the transient period. This transient process may lead to overvoltage situation and will have some impacts on the power system. Depending on the frequency of transient process, the transient phenomena can be broadly classified as high, medium and low frequency. The switching and lightning surges belong to a high-frequency overvoltage phenomenon. In contrast, capacitance switching is identified as medium frequency overvoltage, whereas the ferroresonance is a typical low-frequency overvoltage. These overvoltage phenomena will not only damage the insulation of electrical equipment but also affect the reliability and stability of system operation. Among them, the ferroresonance can incur more adverse effects to the system and is often ignored by the system operators. Therefore, this thesis first uses Electromagnetic Transients Program (EMTP) to build the complete system model of an example power switchyard, namely the rebuild Shen-Ao power plant. Then, different simulation scenarios are conducted for both 161 kV and 345 kV system of the power plant under different operation conditions to explore the possible overvoltage phenomena. Results obtained from the example system show that ferroresonance phenomenon dose not occur, and the switching surge generated when the system is energized from the switchyard will not have adverse impacts on the system. From the study, design and operation suggestions can be provided with a view to effectively reduce the possibilities of ferroresonance and unduly high switching surges before rebuilding the power plant.

Keywords: Ferroresonance, switching surge, EMTP

目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒 論 1
1.1 研究動機及目的 1
1.2 研究步驟 2
1.3 章節概要 3
第二章 鐵磁共振及開關突波簡介 5
2.1 鐵磁共振理論 5
2.1.1 RLC串聯共振 5
2.1.2 鐵磁性材料之磁場作用 9
2.1.3 鐵磁共振之條件 10
2.2 鐵磁共振分析 10
2.3 系統參數變化對鐵磁共振之影響 13
2.3.1 電容變化對鐵磁共振之影響 13
2.3.2 電源電壓變化對鐵磁共振之影響 15
2.3.3 頻率變化對鐵磁共振之影響 15
2.4 鐵磁共振的分類 17
2.5 鐵磁共振電路分析 19
2.5.1 三相不平衡共振電路 19
2.5.2 斷路器主接點並接均壓電容 20
2.6 國內外鐵磁共振事故探討 21
2.6.1 松山變電所主變壓器事故 21
2.6.2 麥寮電廠變壓器事故 22
2.6.3 美國德州變電所比壓器事故 23
2.6.4 旺宏二廠161kV匯流排比壓器燒毀事故 23
2.7 開關突波理論 24
2.8 GIS斷路器介紹 24
2.8.1 斷路器吹弧啟斷原理 26
2.9 急速暫態過電壓的形成原因 28
2.10 絕緣協調之保護裕度 29
2.11 國內外開關突波事故探討 30
2.11.1 安大略水力電廠主變壓器事故 31
2.11.2 明潭發電廠主變壓器事故 31
第三章 系統架構與模型建立 33
3.1 EMTP/ATP 模擬軟體簡介 33
3.1.1 ATPDraw介紹 34
3.2 系統架構 35
3.3 電力電纜 37
3.3.1 電力電纜參數 37
3.3.2 電力電纜佈設 41
3.3.3 分析頻率 42
3.3.4 電力電纜模型建立 42
3.4 避雷器 43
3.4.1 避雷器模型建立 44
3.5 斷路器 45
3.5.1 統計性開關投入模型建立 45
3.5.2 統計性開關投入之參數設定 45
3.6 系統等效電源模型建立 46
3.6.1 深澳電廠161kV系統參數 46
3.6.2 深澳電廠345kV系統參數 47
3.7 變壓器模型建立 47
3.8 發電機模型建立 50
第四章 鐵磁共振與開關突波案例分析 51
4.1 使用EMTP/ATP模擬深澳電廠鐵磁共振現象 51
4.1.1 模擬結果統計 52
4.1.2 模擬結果分析 53
4.2 使用EMTP/ATP模擬深澳電廠開關突波分析 56
4.2.1 模擬結果統計 60
4.2.2 模擬結果分析 65
第五章 結論與未來展望 66
5.1 結論 66
5.1.1 鐵磁共振 66
5.1.2 開關突波 68
5.2 未來展望 69
參考文獻 70
附錄 A鐵磁共振模擬波形 74
附錄 B 開關突波模擬波形 87

參考文獻
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