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研究生:劉忠霖
研究生(外文):Liu,Chung-Lin
論文名稱:345kV發電廠啟動變壓器之鐵磁共振研究
論文名稱(外文):Studies of Ferroresonance of Startup Transformers in the 345kV Power Plant
指導教授:陳昭榮陳昭榮引用關係
口試委員:汪以仁黃培華周至如
口試日期:2016-07-01
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電機工程系所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:345kV發電廠電磁暫態程式鐵磁共振啟動變壓器
外文關鍵詞:345kV power plantEMTPferroresonancestartup transformer
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鐵磁共振(Ferroresonance,FR)是在電力系統中之變壓器或比壓器鐵心等非線性電感元件與電容元件匹配所產生的非線性共振現象。鐵磁共振會發生持續性的過電壓及過電流,導致設備的絕緣破壞,及危害人員安全。然而鐵磁共振的問題常常被忽略以至於發生時造成嚴重之損害。
本論文探討之系統為某一發電機組經過主變壓器升壓至345kV,然後經開關場及約數百公里之架空線路連接超高壓變電所。當超高壓變電所端發生線路多重跳脫時,使所發的電無法送出,因此發電機組立即與線路切離,僅剩啟動變壓器掛在線路上,此時,啟動變壓器附近可能發生鐵磁共振之情形。
本論文利用電磁暫態程式EMTP,建立上述系統之相關模型,在超高壓變電所發生線路多重跳脫,發電機組與線路脫離時,啟動變壓器與線路會發生鐵磁共振。由分析結果,變電所端一條至三條迴路跳脫均不會產生鐵磁共振,而當全路跳脫的情況下會產生,同時也證明負載對於啟動變壓器而言如同阻尼的作用,可以利用阻尼來洩放能量抑制鐵磁共振。
Ferroresonance is a nonlinear resonance in the power system of transformer or non-linear inductance element and the capacitance element matching and other than the pressure generated by the iron core. It occurs sustained over-voltage and over-current, resulting in insulation equipment destruction, and endanger safety of personnel. However, ferrorresonance problems often ignore when the phenomenon is occurred and the serious damage.
This paper discuss the system with a generator set through the main transformer boost 345kV, and then connect the switching field and EHV Substation about hundreds of kilometers of overhead lines. When the end of EHV Substation occur multiple escape route, so that the generator set immediately cut off the line, remaining starting transformer hanging on the line, this time near the start of the ferroresonance transformer possible scenarios occur.
In this paper, the use of the electromagnetic transient program EMTP, establish the relevant model of the system described above, in the multi-line EHV Substation occurred trip, the generator set and the line from the start line and transformer ferroresonance occurs. A result of analysis, end-to-three substations tripped circuit will not produce ferroresonance, and a case where the whole road trip will produce, but also in terms of proof load for starting transformer as damping effect, you can use damping to suppress discharge energy ferroresonance.
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法 4
1.4 研究貢獻 4
1.5 論文架構 5
第二章 345kV大型發電廠介紹 6
2.1 345kV發電廠輸電系統 6
2.2 345kV發電廠設備介紹 7
2.2.1. 斷路器 9
2.2.2. 隔離開關 9
2.2.3. 比壓器 10
2.2.4. 比流器 10
2.2.5. 發電機 10
2.2.6. 變電所 11
第三章 鐵磁共振理論與特性 12
3.1 前言 12
3.2 線性共振理論 12
3.3 變壓器鐵心元件飽和特性 13
3.4 鐵磁共振 15
3.5 鐵磁共振引發的必要條件 15
3.6 鐵磁共振的特性介紹 16
3.7 鐵磁共振的振盪模式 18
第四章 鐵磁共振運轉點分析以及抑制方法 20
4.1 前言 20
4.2 易發生鐵磁共振之電路 20
4.2.1 中性點絕緣系統與比壓器 20
4.2.2 變壓器中性點絕緣系統與比壓器 21
4.2.3 三相不平衡共振電路 21
4.2.4 中性點電抗器接地 22
4.2.5 引接低短路容量及高電容性系統之變壓器 23
4.2.6 斷路器並接均壓電容 23
4.3 分析鐵磁共振運轉狀態 24
4.4 系統參數與鐵磁共振運轉點之影響 26
4.4.1 電源變化 26
4.4.2 電容變化 27
4.4.3 頻率變化 28
4.5 抑制鐵磁共振 29
4.5.1 預防的方法 30
第五章 345kV發電廠電磁暫態模型 31
5.1 前言 31
5.2 電磁暫態程式 31
5.2.1 ATPDraw介紹 32
5.3 345kV發電廠架構 33
5.4 345kV發電廠之電磁暫態模型建立 34
5.4.1 發電機模型 34
5.4.2 發電機中性點接地變壓器 37
5.4.3 輔助變壓器 38
5.4.4 主變壓器 41
5.4.5 啟動變壓器 42
5.4.6 匯流排比壓器 46
5.4.7 345kV超高壓變電所端模組 48
5.4.8 主匯流排 49
5.4.9 氣體斷路器 50
5.4.10 避雷器 51
5.4.11 345kV架空鐵塔模型 53
5.5 345kV ATP模型 55
第六章 345kV發電廠之啟動變壓器模擬分析 57
6.1 345kV發電廠狀況 57
6.2 正常狀況 58
6.2.1. 中性點直接接地 58
6.2.2. 中性點避雷器接地 60
6.3 三相同步開關 62
6.3.1 啟動變壓器有接負載,中性點直接接地 62
6.3.2 啟動變壓器切離負載,中性點直接接地 70
6.3.3 啟動變壓器有接負載,中性點避雷器接地 78
6.3.4 啟動變壓器切離負載,中性點避雷器接地 85
6.3.5 三相同步分析結果 92
6.4 三相不同步開關 93
6.4.1. 啟動變壓器有接負載,中性點直接接地 93
6.4.2. 啟動變壓器切離負載,中性點直接接地 100
6.4.3. 啟動變壓器有接負載,中性點避雷器接地 107
6.4.4. 啟動變壓器切離負載,中性點避雷器接地 113
6.4.5. 三相不同步分析結果 120
6.5 針對全路斷電狀況分析 121
6.5.1. 中性點避雷器接地 121
6.5.2. 中性點直接接地 127
6.5.3. 全路斷電之分析結果 132
6.6 模擬結論 133
第七章 結論與未來研究展望 138
7.1 結論 138
7.2 未來研究展望 139
參考文獻 140
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[26]林于軒,大型電廠屋外式氣封絕緣開關場之突波與接地故障特性分析及其影響評估,碩士論文,國立台北科技大學,2014。
[27]http://www.emtp.org/
[28] http://detail.big5.product.coovee.net/1876357.html
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