1.绪论1.1研究背景及意义1.1.1课题研究背景为应对能源危机，实现能源互联，中国正在积极地进行能源互联网建设，而能源互联的核心是电力系统。电力系统要求在确保安全的前提下，保证供电质量，因此需要采取必要的措施对电气设备进行保护。我国测得的最大雷电流能达到300kA，如产生雷击，无论是直接雷还是感应雷，都可能在电气设备上形成雷击过电压，对设备产生巨大的冲击，影响设备的正常运行和供电的连续性，甚至危及电力系统的运行安全。另外，随着电压等级的不断提高，电力系统内部过电压对系统安全运行的危害也在加强，逐渐成为系统绝缘水平的决定性因素之一，因此需要采取必要的措施对电力系统过电压进行抑制。避雷器高压端连接导线或线路，另一端直接接地，与被保护电气设备呈并联关系。当系统存在雷电过电压或操作过电压时避雷器会放电，使能量通过避雷器及其引下线、接地装置直接流入大地，以此降低入侵波的幅值，起到保护电气设备的作用。金属氧化锌避雷器在普通避雷器的基础上使用无间隙氧化锌阀片，氧化锌阀片具有非线性及通流能量大的特点，使避雷器动作负载轻，伏秒特性更加平缓，易与被保护设备进行绝缘配合。我国能源分布不均匀，大型能源基地集中在中西部，而东部地区能源需求相对较大，呈现出能源供需极不平衡的特点。提高输电电压等级，可以起到减小输电电能损耗，增强供电稳定性的作用。为解决能源供需不平衡问题，我国使用具有大容量、远距离特点的特高压输电方式。但因系统电压等级过高，操作过电压严重影响着电气设备的选型及制造，决定着设备的制造成本及技术瓶颈，同时也威胁着电力系统的安全运行。目前常见的抑制特高压系统操作过电压的方法是将带有合闸电阻的断路器与线路两侧金属氧化锌避雷器相配合，这种方法可以将操作过电压限制到1.6-1.7p.u.，在此基础上，相关人员又提出使用多级合闸电阻等方式深度降低电力系统操作过电压。但合闸电阻存在造价高且易损坏的特点，多级合闸电阻也存在结构复杂，制造成本高等不足，因此需要更有效且更简洁的方式来降低电力系统操作过电压。正常工况下低残压避雷器可以较好地抑制操作过电压，实践证明使用沿线路分布的低残压避雷器较仅在线路两端使用低残压避雷器限制操作过电压的效果更好，可将电力系统操作过电压限制在1.5p.u.以下。1.1.2特高压交流开关型可控避雷器使用低残压避雷器或将普通避雷器与装配合闸电阻的断路器相配合等方法均可以在一定程度上抑制电力系统过电压，但在工程建造成本以及运行可靠性等方面还存在欠缺。将特高压交流开关型可控避雷器与线路普通避雷器相配合，可以深度降低操作过电压，取消合闸电阻，提高工程的经济性。特高压交流开关型可控避雷器与普通特高压避雷器相比在结构上存在差异。在避雷器主体部分，特高压可控避雷器上部2节单元节的高度及内部阀片电阻数目均高于其余单元节，而普通特高压避雷器（以Y20W1⁃828/1620无间隙氧化锌避雷器为例）的5节单元节高度完全相同。另外特高压可控避雷器底部装有1个φ2900mm的均压环，而普通特高压避雷器底部无均压环。除避雷器主体部分外，特高压可控避雷器还存在控制单元。控制单元与避雷器底部单元节并联，主要由控制器、受控开关等元件构成。在进行合闸、重合闸等操作之前，控制器对受控开关下达合闸指令，短接避雷器底部单元节，以此抑制操作过电压。在承受稳态电压或雷电过电压时，受控开关处于断开位置，由避雷器主体5节单元节共同承受过电压，从而保障了避雷器安全运行。特高压可控避雷器通过电力电子元件灵活地控制机械开关，能够达到在稳态情况下避雷器高荷电率，暂态情况下避雷器低残压的目的。但由于特高压交流开关型可控避雷器在结构和承压方式等方面均与普通特高压避雷器存在差异，致使其电位分布更加复杂，因此需要对特高压可控避雷器电位分布进行计算分析。1.1.3电位分布研究意义氧化锌避雷器在正常运行时，理论上每片氧化锌电阻阀片承担的电压应该是相同的，为整根避雷器承担电压与阀片总数的商，但是在实际运行过程中，由于存在法兰对地电容可控避雷器还存在断口间电容及断口对地电容等杂散电容，避雷器的电压分布会更加复杂且...
