特快速瞬态过电压特性研究

　　

1　VFTO特性

　　GIS中开关操作产生的特快速瞬态过电压幅值一般低于2.0p.u，有的超过2.5p.u，隔离开关、断路器操作均会产生VFTO，前者幅值较高。由于GIS的结构复杂，在同一时刻不同

　　节点的电压幅值不同，甚至相差很大。隔离开关操作产生的特快速瞬态过电压幅值可能比设备耐受标准雷电冲击电压要低，但其陡度很高，在实际中还是应该避免。

　　在隔离开关断口击穿的过程中，火花导电通道会在几个纳秒建立起来，在均匀或稍不均匀电场中，通道形成冲击波的上升时间由式（1）给出：

　　      

　　式中：是火花常数，一般有：；是火花长度，；是击穿之前的电压，。对于正常设计的GIS，电压上升时间可为3-20ns，随电场的非均匀度而异。

 

2　模型搭建及仿真

　　某1000KV特高压变电站，高压配电装置采用GIS，出线端布置并联电抗器和线路终端设备。利用电磁暂态程序（EMTP）进行仿真计算，要确定系统的计算模型及相应参数。本算例等效计算电路如图1所示，相邻元件的间距已在图中标注。

                          

　　利用EMTP/ATPDraw搭建模型，需考虑断路器、隔离开关等的对地电容，设定步长为1E-9s。仿真结果如图2-5所示。由仿真波形可以看出，母线端部BUS1电压幅值最高，最高可达3.06p.u。因此，本文重点研究母线端部电压的抑制措施。

        

         

3.1　隔离开关并联电阻

　　目前，超、特高压采用在隔离开关、断路器口并联合闸电阻的方法限制操作过电压[2-4]。在开关操作的过程中先串入电阻，阻尼作用使行波上升时间下降、幅值降低。由于DS运动速度相对较慢，且不具有自灭弧功能，极易发生引电弧重燃，实际运行的GIS也多采用并联合闸电阻，原理如图6所示：合闸时动触点与弧形电极接触，通过电阻器接入电路，此时S2闭合接入，当动触点与静触点接触后，电阻器短路，S1短接。

               

　　图7为母线端部BUS1处VFTO幅值与并联电阻关系，由图可知，随着并联电阻的增大，VFTO的幅值呈现递减的趋势，当并联电阻Rb取500时，母线端部VFTO值己经降到1.45p.u.，当超过500，VFTO降幅不大。考虑到电阻发热及吸收能量限制，取500为并联电阻最佳值。

3.2　安装R-C过电压吸收器

　　R-C过电压吸收器曾广泛应用于真空断路器重燃过电压的抑制[5-8]，采用电阻与电容串联的形式。电阻R决定过电压的衰减速度，一般取值50-400；电容C为吸收电容，对于不同负荷，取值0.01-0.2F，将R-C过电压吸收器并联在隔离开关处，选取R、C取值计算母线端部VFTO幅值。选取75，0.02F，为1.31p.u，陡度为22.6MV/S，比无R-C过电压吸收器的37.2 MV/s下降了39.4%。通过对过电压的频谱分析可知，VFTO的最高频率降低，频谱变窄，这主要是因为电容吸收了过电压的高频分量，最后在电阻上产生热能被消耗。

3. 3　安装铁氧体磁环

　　将铁氧体磁环套在GIS隔离开关导杆上，能够改变导电杆局部的高频电路参数，增加行波能量的损耗，阻尼行波的传播，从而抑制VFTO[9-10]。正常工频电流条件下，铁氧体磁环几乎无磁滞祸流损耗。当隔离开关操作时，由于铁氧体磁环的高频特性，相当于在开断口和空载母线间串入了一个阻抗。在高频作用下，如变压器原理，铁氧体磁环所套的母线相当于变压器的原边，磁环内的损耗相当于变压器的副边损耗。铁氧体磁环的作用可等效成电阻电感，共同对VFTO的上升陡度及幅值产生影响。

                

　　选取80，0.02H，幅值为1.1 p.u，陡度为15.4 MV/S，高频分量大大的减少，采用铁氧体环能够很好的抑制VFTO。

　　

　　4　结论

　　本文结合1000KV GIS利用EMTP/ATPDraw进行建模仿真，研究了特快速瞬态过电压（VFTO）的特性，并提出了三种抑制措施，由仿真结果可以看出以下几点。（1）当采用并联合闸电阻时，VFTO的幅值随着并联电阻值的增大而减小，当超过500时，其幅值降幅不大，考虑到其发热，取500为最佳；（2）当采用R-C过电压吸收器时，对电压幅值影响不大，陡度方面有所提高；（3）采用安装铁氧体磁环可以发现，对幅值及陡度方面都有良好的效果。