隔离开关分和空载母线对VFTO的影响研究

吴 琦

（三峡大学 电气与新能源学院，湖北宜昌 443000）

引言

智能电网的迅猛发展使得变电站内采用了越来越多的电子式互感器等电子仪器。这些仪器安装于一次设备之间，当隔离开关进行分和空载母线时，产生的快速暂态过电压（VFTO）可能会对电子仪器造成电磁干扰，因此对VFTO进行研究具有重要的工程意义[1‐3]。为此，建立了隔离开关击穿的仿真模型，计算了隔离开关击穿时回路的高频振荡电压和电流，并分析了电容分压器参数、回路地线电感对暂态干扰的影响。

1 隔离开关单次击穿仿真及分析

在建立隔离开关分合空载母线的数学模型时，以单次击穿为例进行建立。隔离开关动作时发生的多次重燃弧可以认为是由一系列重叠的单次高频震荡脉冲组成[4]，因此可以选取单次击穿过程为例进行仿真建模。依据文献[5]的数据进行建模，然后对电容分压器的高频特性进行仿真，并将仿真结果与文献[6]中计算模型的计算结果对比，对比结果如图1所示。图1(a)为高频振荡电流的变化曲线，图1(b)为高频振荡电压的变化曲线。

图1 电容分压器波形

观察图1可得，仿真模型与计算模型的数值较为吻合。同时隔离开关击穿会产生高频振荡的电压及电流，其中高频振荡电压的峰值为255.6 kV，高频振荡电流的峰值为5.3 A，两者的持续时间均约为3 μs。

2 暂态干扰的影响因素

2.1 电容分压器参数对暂态干扰的影响

为了分析电容分压器的参数对暂态干扰的影响，在上述模型中改变电容分压器的参数，计算不同参数对暂态干扰的影响，计算结果如图2所示。将图2结果与图1对比可知，此时振荡频率为10.58 MHz，同时电容分压器的参数对暂态干扰有一定的影响。结合振荡频率的计算公式，保持回路参数不变，将文献[7]的电容分压器参数代入公式，得到振荡频率为11.5 MHz，由此可知，回路参数对振荡频率的影响不大，而电容分压器的参数会对振荡频率产生较大影响。

图2 电容分压器参数对暂态干扰的影响

采用上述模型，分别计算寄生电阻和电感对振荡电流的影响，计算结果如图3所示。观察图3(a)可知，当寄生电阻变化时，振荡电流也随之变化，并且随着寄生电阻的增大，振荡峰值呈现增加趋势，振荡的程度加剧，振荡的持续时间也随着增长。观察图3(b)可知，随着寄生电感的增加，振荡峰值的变化不大，且振荡持续时间也变化较小。

图3 寄生参数对暂态干扰的影响

2.2 回路地线电感对暂态干扰的影响

采用上述模型仿真计算回路地线电感对暂态干扰的影响，计算结果如图4所示。观察图4可知，随着回路地线电感的增大，振荡峰值随之增大，如0 μs时，地线电感为1 μH时，振荡峰值为8.4 kV，当地线电感升高至1.6 μH时，振荡峰值升高至12.5 kV，而振荡时间变化不大。

图4 回路地线电感对暂态干扰的影响

3 结论

随着智能电网的飞速发展，变电站内开始分布着大量的电子仪器，这些电子仪器身处于一次设备之间，隔离开关分和空载母线时产生的VFTO很可能会对其造成干扰。为此，本文计算了隔离开关击穿时回路的高频振荡电压和电流，并分析了电容分压器参数、回路地线电感对暂态干扰的影响。结果表明，VFTO受电容分压器参数影响，也会受到回路参数的影响。