特高压GIS中隔离开关操作引起的电磁暂态问题研究分析

段晓辉+孙英杰

【摘 要】特高压GIS中产生的电磁暂态的问题对于目前的特高压电站建设具有十分大的影响，特高压电站的安全性、可行性和操作性等多方面都需迫切解决电磁暂态问题。在气体绝缘变电站既GIS中隔离开关操作过程中对于电磁暂态现象的引发时有发生，尤其随着电压的不断大幅度增加其内部的绝缘问题和二次干扰现象也随之增加，其严重影响高压电站的安全。研究并分析特高压系统下的气体绝缘变电站中隔离开关的操作引起的电磁暂态问题是目前特高压电站建设的首要问题，其对于电站建设的安全性和实际操作方面都有重要的意义。

【关键词】气体绝缘变电站；隔离开关；电磁暂态

特高压GIS中隔离开关操作引起的电磁暂态问题主要有两个方面，一方面其电磁暂态现象发生于GIS的内部，其主要是影响GIS内部设备绝缘方面的快速暂态过电压既VFTO，另一方面是在GIS的壳体和大地之间产生电磁暂态，其使得暂态的壳体电位升高既TEV，对GIS的二次设备外部过电压受到影响。因此目前主要解决影响VFTO和TEV两方面的问题，目前的研究手段主要通过计算机仿真手段，对隔离开关投切电阻的热容问题、操作速度和VETO的影响等方面进行探究。

1 特高压GIS的VFTO和TEV的相关研究和产生机理

1.1 VFTO和TEV的研究现状

目前对于VFTO和TEV的研究，国内外都正处于研究的初期，研究了历史也不长。最早是由美国开始对其进行相关的性能方面的研究，其后我国跟着展开了相关机理的研究，并结合特高压GIS隔离开关操作进行具体引起电磁暂态问题的实际案例的分析。目前对于特高压GIS中隔离开关操作引起的电磁暂态问题的研究手段主要是通过计算机的相应仿真操作和具体的数值测量来进行。德国曾先后通过同轴电缆和示波器采集等技术对VFTO进行具体的测量，但是由于电容的干扰和其他多方面原因，导致数据不够准确。其后我国国家电网公司、中国电力科学院等多家组织进行合作，通过实测和仿真研究对VFTO和TEV进行了测量，提高了测量数据的准确性。目前我国在VFTO和TEV上的研究较为先进。

1.2 VFTO和TEV的产生机理

在特高压GIS中隔离开关操作引起的电磁暂态问题中，VFTO和TEV的产生机理主要是由于GIS快速暂态现象，其来源包括两种，一种是对隔离开关和断路器的操作，一种是由于现场试验或运行时的接地故障导致的，接地故障主要产生TEV的问题。电磁暂态问题包括GIS的内部暂态和外部暂态现象，内部暂态的机理一种包括TRV作用于内部导体和壳体，另一种作用为VFTO的作用。这两种通过内部快速暂态产生的问题主要导致GIS内部设备的危害。GIS外部暂态包括三点，第一点是外壳电压瞬变过程，这种主要是由于TEV作用于外壳和地壳之间引起的，会危害二次设备。第二种是由于TEMF由外壳向外辐射，导致电磁瞬变过程，也会产生二次设备的危害，第三种是由于FTOGIS外部一次设备产生的外部暂态过程，危害GIS相邻设备。这些因素都会导致特高压GIS中的电磁暂态问题，因此要在设置和操作中及时发现问题，以防危险的发生。

2 隔离开关的操作对于VFTO的影响

2.1 隔离开关的投切电阻对VFTO的影响

隔离开关投切电阻在不同取值的情况下VFTO的极值也程不同的变化趋势，根据相关研究表面在电阻在500Ω时为最适的投切电阻值，其VFTO幅值变化相对稳定。对比于不带投切电阻的情况，对于GIS本体的VFTO最高值有所下降，这就使得VFTO通过幅值对于设备的危害有所下降。但是根据VFTO的特性其陡度和频率对于设备也有所影响，根据研究表面投切电阻对于频率的影响不大，因此投切电阻在隔离开关的装置设备上可以有效地对VFTO的幅值下降减少电磁暂态的现象发生。在操作安全上起到一定的保护措施。但是目前根据综合因素考虑，投切电阻在隔离开关的设备安装上还有待考量，由于投切电阻装置时会在原因结构和重量上进行相应的改变，增加隔离开关的体积，使得其内部结构更加复杂，因此其在安全上的影响上有待研究，并且根据电站中实际操作因素，如隔离开关的操作速度和电阻热容问题上的考虑，其在设计时也要对自身的耗能进行相关的要求，因此投切电阻在隔离开关上的应用其研究有上升的空间。

2.2 隔离开关的操作速度对VFTO的影响

隔离开关的操作速度一直是影响VFTO的一个重要因素，其对于VFTO的出现和幅值的相关数据都有一定得影响。目前的由于隔离开关的操作速度影响诸多的因素，不仅在重击穿次数上有一定的影响，其对于电弧弧值上也会产生相应的改变，因此目前对于隔离开关操作速度上对于VFTO有两种说法，一种是操作速度慢较安全，一种是以东芝为主的操作速度快较为安全。在数据研究上，我国的仿真数据研究表明，根据VFTO波形形状上看，隔离开关的慢速产生的击穿时间和击穿次数相对与快速都较为明显，具体发生原因是由于慢速的隔离开关其断口处的耐受电压低于两侧电压，因此在击穿机会上较多。在击穿电压的研究上触头间隙电压也有一定的影响，由于负载侧并不能释放所有的电压，在波和高频振荡后会形成残余电压，因此在电源测电压的部位上，由于其特性会继续进行规律的变化，在这种的变化的延续阶段会发生超过击穿电压的值出现，产生二次击穿现象。因此在隔离开关操作时根据开关速度的快慢相关研究发现，隔离开关的开关速度越快在结束时的残留电压会相对下降，更加趋于均匀分布，防止出现电压超过一次击穿电压，因此也防止了二次击穿现象的出现。与此同时，在燃弧时间上上快速可以有效的简短其时间，降低VFTO的出现。根据这种隔离开关的速度特点影响的VFTO的现象可以有效的降低操作过程中的危险，降低在实际操作时的错误现象发生和干扰，因此在特高压GIS中隔离开关操作中，其操作速到要尤其引起重视，在其速度的控制上找到高速控制的方法，对其安全性能上进行保险准备。

3 TEV的研究与方法探讨

3.1 TEV的影响因素

TEV的影响因素主要包括三个方面，其一是接地方式对GIS变电站TEV的影响，其二是三相壳体短接线对TEV的影响，其三就是地网结构对TEV的影响。在接地方式的影响上主要是接地线数量的变化对TEV的不同的幅值的影响，影响情况根据接地线数量的增加，VET不断产生幅值下降的现象，但在下降的过程中有趋于饱和的下降趋势，因此在实际操作时要根据具体的数值进行分析，确定最适的接地数量，使TEV的幅值处于最适阶段。在三相壳体短接线方面，主要是通过设置短接线提供外壳环流通道的特点，对VET的峰值进行相应的改变。根据实际实验分析可得，TEV的幅值会随短接线的电感值低而进行相应的下降，但是其波形却有所改变，有上升的大趋势，因此VET的陡度上影响较大。其三在地网结构方面，由于网格数量上升使得接地网的均压变得优化，其三流的功能变得更有优势，因此网格数量越多，壳体的TEV幅值就越低。这也使得在变电站的安全性得到相应的保证和提高。

3.2 TEV的解决措施

对于TEV的防御措施方面，可以根据其具体的运行原理上入手，具体根据特性和操作特点进行具体流程的分析，主要的原理方法是通过抑制TEV来对幅值进行相应降低。目前研究方法主要为一下两种，其一就是通过加装并联电容在绝缘法兰两端，这种方法可以根据电容阻抗在高频时变小的特点，为高频电流提供小阻抗回路，以降低两端电压。这种方式通过增大并联电容值有效的降低绝缘法兰两端电位差。其对于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。第二种TEV的解决措施是MOA对TEV的影响，安装MOA可以使得GIS的频率不受影响，对TEV有一定的降低幅值效果，根据相关研究，其对VFTO也有一定的抑制作用，因此安装MOA是目前提高变电压安全性的一个重要手段。

4 结语

特高压GIS中产生的电磁暂态的问题目前仍是研究的重点领域，通过对VFTO和TEV的改变可以有效的进行相关电磁暂态问题的解决，VFTO和TEV的影响因素很多，目前很多解决电磁暂态的方法还有待研究，未来对于特高压GIS的安全性上将会不断提高。

【参考文献】

[1]徐建源，王亮，李爽.特高压GIS隔离开关操作时其壳体电压暂态特性仿真分析[J].高电压技术，2015（04）.

[2]闫格，吴细秀，田芸，张欢.开关电弧放电电磁暂态干扰研究综述[J].高压电器，2014（08）：121-122.