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海上风电场是一个大型电缆集电系统,使用了大量不同类型的电缆,还有风机,干式变压器和真空断路器等电气设备。在开关操作的过程中,由于电缆集电系统中的行波折射和反射现象会产生高幅值、高陡度的暂态过电压,对变压器匝间绝缘的危害极为严重。因此,本论文主要通过电磁暂态仿真软件ATP-EMTP仿真研究海上风电场投切空载变压器系统中集电网拓扑结构、合闸方式、运行馈线数以及风机间电缆长度对过电压的幅值和陡度的影响以及分析比较抑制过电压措施的效果。本论文主要包括三部分内容。第一部分基于行波折反射理论分析了高频暂态过电压的产生原因并对过电压和系统频率进行了定性计算。第二部分基于高频环境下过电压特性,使用暂态仿真软件ATP-EMTP建立了基于高频特性的各元件模型:使用MODELS模块建立能仿真截流、重燃、预击穿等暂态现象的断路器模型,分析了断路器固有特性对过电压的影响;使用支撑程序ATP-LCC建立基于频率变化的电缆模型,对电缆容性耦合等特性进行了仿真验证;使用BCTRAN变压器模型并联Type-96饱和磁滞非线性电感和绕组等效电容来模拟高频变压器。第三部分建立海上风电场投切空载变压器的系统模型,仿真分析了拓扑结构、合闸方式、运行馈线数、风机数量及风机端电缆长度对合闸过电压的影响。分析了吸收电容器、RC阻容吸收器和铁氧体磁环抑制过电压的机理,使用仿真软件ATP-EMTP建立各个保护装置的模型,并分析比较了三种措施抑制过电压的效果。仿真结果表明,断路器操作和大量电缆是海上风电场产生高频暂态过电压的主要原因。风电场集电馈线的拓扑结构、合闸方式、运行馈线数以及风机间电缆长度对过电压有很重要的影响,铁氧体磁环抑制过电压的效果优于吸收电容器和RC阻容吸收器。