特高壓GIS中隔離開關操作引起的電磁暫態問題研究分析

段曉輝+孫英杰

【摘 要】特高壓GIS中產生的電磁暫態的問題對于目前的特高壓電站建設具有十分大的影響，特高壓電站的安全性、可行性和操作性等多方面都需迫切解決電磁暫態問題。在氣體絕緣變電站既GIS中隔離開關操作過程中對于電磁暫態現象的引發時有發生，尤其隨著電壓的不斷大幅度增加其內部的絕緣問題和二次干擾現象也隨之增加，其嚴重影響高壓電站的安全。研究并分析特高壓系統下的氣體絕緣變電站中隔離開關的操作引起的電磁暫態問題是目前特高壓電站建設的首要問題，其對于電站建設的安全性和實際操作方面都有重要的意義。

【關鍵詞】氣體絕緣變電站；隔離開關；電磁暫態

特高壓GIS中隔離開關操作引起的電磁暫態問題主要有兩個方面，一方面其電磁暫態現象發生于GIS的內部，其主要是影響GIS內部設備絕緣方面的快速暫態過電壓既VFTO，另一方面是在GIS的殼體和大地之間產生電磁暫態，其使得暫態的殼體電位升高既TEV，對GIS的二次設備外部過電壓受到影響。因此目前主要解決影響VFTO和TEV兩方面的問題，目前的研究手段主要通過計算機仿真手段，對隔離開關投切電阻的熱容問題、操作速度和VETO的影響等方面進行探究。

1 特高壓GIS的VFTO和TEV的相關研究和產生機理

1.1 VFTO和TEV的研究現狀

目前對于VFTO和TEV的研究，國內外都正處于研究的初期，研究了歷史也不長。最早是由美國開始對其進行相關的性能方面的研究，其后我國跟著展開了相關機理的研究，并結合特高壓GIS隔離開關操作進行具體引起電磁暫態問題的實際案例的分析。目前對于特高壓GIS中隔離開關操作引起的電磁暫態問題的研究手段主要是通過計算機的相應仿真操作和具體的數值測量來進行。德國曾先后通過同軸電纜和示波器采集等技術對VFTO進行具體的測量，但是由于電容的干擾和其他多方面原因，導致數據不夠準確。其后我國國家電網公司、中國電力科學院等多家組織進行合作，通過實測和仿真研究對VFTO和TEV進行了測量，提高了測量數據的準確性。目前我國在VFTO和TEV上的研究較為先進。

1.2 VFTO和TEV的產生機理

在特高壓GIS中隔離開關操作引起的電磁暫態問題中，VFTO和TEV的產生機理主要是由于GIS快速暫態現象，其來源包括兩種，一種是對隔離開關和斷路器的操作，一種是由于現場試驗或運行時的接地故障導致的，接地故障主要產生TEV的問題。電磁暫態問題包括GIS的內部暫態和外部暫態現象，內部暫態的機理一種包括TRV作用于內部導體和殼體，另一種作用為VFTO的作用。這兩種通過內部快速暫態產生的問題主要導致GIS內部設備的危害。GIS外部暫態包括三點，第一點是外殼電壓瞬變過程，這種主要是由于TEV作用于外殼和地殼之間引起的，會危害二次設備。第二種是由于TEMF由外殼向外輻射，導致電磁瞬變過程，也會產生二次設備的危害，第三種是由于FTOGIS外部一次設備產生的外部暫態過程，危害GIS相鄰設備。這些因素都會導致特高壓GIS中的電磁暫態問題，因此要在設置和操作中及時發現問題，以防危險的發生。

2 隔離開關的操作對于VFTO的影響

2.1 隔離開關的投切電阻對VFTO的影響

隔離開關投切電阻在不同取值的情況下VFTO的極值也程不同的變化趨勢，根據相關研究表面在電阻在500Ω時為最適的投切電阻值，其VFTO幅值變化相對穩定。對比于不帶投切電阻的情況，對于GIS本體的VFTO最高值有所下降，這就使得VFTO通過幅值對于設備的危害有所下降。但是根據VFTO的特性其陡度和頻率對于設備也有所影響，根據研究表面投切電阻對于頻率的影響不大，因此投切電阻在隔離開關的裝置設備上可以有效地對VFTO的幅值下降減少電磁暫態的現象發生。在操作安全上起到一定的保護措施。但是目前根據綜合因素考慮，投切電阻在隔離開關的設備安裝上還有待考量，由于投切電阻裝置時會在原因結構和重量上進行相應的改變，增加隔離開關的體積，使得其內部結構更加復雜，因此其在安全上的影響上有待研究，并且根據電站中實際操作因素，如隔離開關的操作速度和電阻熱容問題上的考慮，其在設計時也要對自身的耗能進行相關的要求，因此投切電阻在隔離開關上的應用其研究有上升的空間。

2.2 隔離開關的操作速度對VFTO的影響

隔離開關的操作速度一直是影響VFTO的一個重要因素，其對于VFTO的出現和幅值的相關數據都有一定得影響。目前的由于隔離開關的操作速度影響諸多的因素，不僅在重擊穿次數上有一定的影響，其對于電弧弧值上也會產生相應的改變，因此目前對于隔離開關操作速度上對于VFTO有兩種說法，一種是操作速度慢較安全，一種是以東芝為主的操作速度快較為安全。在數據研究上，我國的仿真數據研究表明，根據VFTO波形形狀上看，隔離開關的慢速產生的擊穿時間和擊穿次數相對與快速都較為明顯，具體發生原因是由于慢速的隔離開關其斷口處的耐受電壓低于兩側電壓，因此在擊穿機會上較多。在擊穿電壓的研究上觸頭間隙電壓也有一定的影響，由于負載側并不能釋放所有的電壓，在波和高頻振蕩后會形成殘余電壓，因此在電源測電壓的部位上，由于其特性會繼續進行規律的變化，在這種的變化的延續階段會發生超過擊穿電壓的值出現，產生二次擊穿現象。因此在隔離開關操作時根據開關速度的快慢相關研究發現，隔離開關的開關速度越快在結束時的殘留電壓會相對下降，更加趨于均勻分布，防止出現電壓超過一次擊穿電壓，因此也防止了二次擊穿現象的出現。與此同時，在燃弧時間上上快速可以有效的簡短其時間，降低VFTO的出現。根據這種隔離開關的速度特點影響的VFTO的現象可以有效的降低操作過程中的危險，降低在實際操作時的錯誤現象發生和干擾，因此在特高壓GIS中隔離開關操作中，其操作速到要尤其引起重視，在其速度的控制上找到高速控制的方法，對其安全性能上進行保險準備。

3 TEV的研究與方法探討

3.1 TEV的影響因素

TEV的影響因素主要包括三個方面，其一是接地方式對GIS變電站TEV的影響，其二是三相殼體短接線對TEV的影響，其三就是地網結構對TEV的影響。在接地方式的影響上主要是接地線數量的變化對TEV的不同的幅值的影響，影響情況根據接地線數量的增加，VET不斷產生幅值下降的現象，但在下降的過程中有趨于飽和的下降趨勢，因此在實際操作時要根據具體的數值進行分析，確定最適的接地數量，使TEV的幅值處于最適階段。在三相殼體短接線方面，主要是通過設置短接線提供外殼環流通道的特點，對VET的峰值進行相應的改變。根據實際實驗分析可得，TEV的幅值會隨短接線的電感值低而進行相應的下降，但是其波形卻有所改變，有上升的大趨勢，因此VET的陡度上影響較大。其三在地網結構方面，由于網格數量上升使得接地網的均壓變得優化，其三流的功能變得更有優勢，因此網格數量越多，殼體的TEV幅值就越低。這也使得在變電站的安全性得到相應的保證和提高。

3.2 TEV的解決措施

對于TEV的防御措施方面，可以根據其具體的運行原理上入手，具體根據特性和操作特點進行具體流程的分析，主要的原理方法是通過抑制TEV來對幅值進行相應降低。目前研究方法主要為一下兩種，其一就是通過加裝并聯電容在絕緣法蘭兩端，這種方法可以根據電容阻抗在高頻時變小的特點，為高頻電流提供小阻抗回路，以降低兩端電壓。這種方式通過增大并聯電容值有效的降低絕緣法蘭兩端電位差。其對于TEV的抑制方面又很好的作用效果。在安全性的提高上有一定的作用。第二種TEV的解決措施是MOA對TEV的影響，安裝MOA可以使得GIS的頻率不受影響，對TEV有一定的降低幅值效果，根據相關研究，其對VFTO也有一定的抑制作用，因此安裝MOA是目前提高變電壓安全性的一個重要手段。

4 結語

特高壓GIS中產生的電磁暫態的問題目前仍是研究的重點領域，通過對VFTO和TEV的改變可以有效的進行相關電磁暫態問題的解決，VFTO和TEV的影響因素很多，目前很多解決電磁暫態的方法還有待研究，未來對于特高壓GIS的安全性上將會不斷提高。

【參考文獻】

[1]徐建源，王亮，李爽.特高壓GIS隔離開關操作時其殼體電壓暫態特性仿真分析[J].高電壓技術，2015（04）.

[2]閆格，吳細秀，田蕓，張歡.開關電弧放電電磁暫態干擾研究綜述[J].高壓電器，2014（08）：121-122.