核電廠GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓（VFTO）的影響及分析

王濤

摘 要：隨著GIS在核電廠的廣泛應(yīng)用，快速暫態(tài)過(guò)電壓（VFTO）的危害引起了普遍的重視。特別是對(duì)于330kV以上的GIS，故障率有明顯增加的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)500 kV及以上的VFTO的特性、影響及防護(hù)措施做了大量的研究工作，為核電廠GIS中VFTO影響的研究提供了良好的參考和借鑒。但是隨著GIS制造技術(shù)的進(jìn)步，與早期相比，其結(jié)構(gòu)與元件均發(fā)生了很大的變化，如GIS的“小型化”和“緊湊型”的出現(xiàn)，導(dǎo)致VFTO特性的改變，因此結(jié)合目前核電廠中GIS運(yùn)行的具體情況，研究GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓的影響具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：GIS VFTO 隔離開(kāi)關(guān) 過(guò)電壓

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（b）-0045-03

1992年6月廣核大亞灣核電站對(duì)兩臺(tái)三相500 kV/900MVA有載聯(lián)絡(luò)變壓器進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)發(fā)生事故，導(dǎo)致變壓器絕緣被擊穿、變壓器燒毀。經(jīng)分析，事故原因是與變壓器高壓側(cè)直接相連的500 kV GIS內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生了VFTO，致使在合閘瞬間500 kV變壓器高壓繞組的第一段發(fā)生了匝間絕緣擊穿。

GIS（Gas Insulated Substation），又稱全封閉組合電器，因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、運(yùn)行可靠、維護(hù)工作少等特點(diǎn)，在核電廠中一致有著廣泛的運(yùn)用。在目前核電廠運(yùn)行的GIS設(shè)備中，按照電壓等級(jí)分主要有220kV和500kV兩種。

VFTO（Very Fast Transient Overvoltage），又稱快速暫態(tài)過(guò)電壓，經(jīng)常發(fā)生于GIS中的隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等開(kāi)關(guān)設(shè)備的操作期間。VFTO的振蕩頻率往往高達(dá)幾十兆甚至上百兆赫茲，對(duì)GIS設(shè)備本身以及與GIS相連的設(shè)備都有著極大的危害。

研究發(fā)現(xiàn)，在300 kV以下電壓等級(jí)的GIS中沒(méi)有發(fā)生過(guò)與操作有關(guān)的問(wèn)題，因此電壓等級(jí)在300 kV以下的GIS暫沒(méi)有必要進(jìn)行VFTO方面的專門(mén)研究。本文重點(diǎn)論述500KV GIS中VFTO的成因及其影響。

1 VFTO的成因及特點(diǎn)

1.1 VFTO的成因

VFTO主要成因是由于GIS中隔離開(kāi)關(guān)、斷路器的分合操作以及帶電線路的對(duì)地放電。GIS中的斷路器帶有專門(mén)的滅弧室，所以由斷路器的分合引發(fā)高幅值VFTO的可能性較小。而GIS中的隔離開(kāi)關(guān)一般僅要求具有切合小電容性電流的能力，且沒(méi)有專門(mén)的滅弧裝置，所以由隔離開(kāi)關(guān)的操作引發(fā)的VFTO在電廠中較為常見(jiàn)且較為嚴(yán)重。

以隔離開(kāi)關(guān)合上一段不帶電的GIS回路為例來(lái)具體說(shuō)明VFTO的產(chǎn)生過(guò)程。隔離開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，當(dāng)觸頭間距離漸漸縮短，電源側(cè)電壓達(dá)到一定值時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)觸頭間的氣隙會(huì)發(fā)生首次擊穿，形成電壓的劇烈振蕩。該電弧在受觸頭運(yùn)動(dòng)、GIS內(nèi)六氟化硫氣體滅弧等因素影響下，很快就熄滅，燃熄弧周期很短。發(fā)生首次擊穿后，原本不帶電的GIS回路帶電，使隔離開(kāi)關(guān)觸頭兩側(cè)電壓相同，分閘后電源側(cè)電壓仍按電網(wǎng)工頻電壓變化，而GIS側(cè)電壓則會(huì)慢慢衰減。隨著隔離開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間的推移，觸頭之間的距離越來(lái)越小，當(dāng)兩觸頭間的距離近到一定程度時(shí)，由觸頭距離決定的耐壓強(qiáng)度低于當(dāng)時(shí)兩觸頭間的電壓之差（又稱恢復(fù)電壓），兩觸頭之間的氣隙被第二次擊穿，形成第二次電壓振蕩，也會(huì)出現(xiàn)第二次電弧重燃和熄滅的過(guò)程。待第二次擊穿過(guò)程結(jié)束后，隔離開(kāi)關(guān)觸頭間電壓又重新恢復(fù)建立起來(lái)。反復(fù)如此，直至隔離開(kāi)關(guān)兩觸頭達(dá)到緊密結(jié)合為止。在這個(gè)過(guò)程中隨著觸頭間距離越來(lái)越短，擊穿電壓也越來(lái)越低，由擊穿產(chǎn)生的振蕩電壓也隨之降低。

多次擊穿現(xiàn)象同樣也會(huì)發(fā)生在隔離開(kāi)關(guān)的分?jǐn)噙^(guò)程中，擊穿次數(shù)主要取決于觸頭的運(yùn)動(dòng)速度和分閘時(shí)間。與隔離開(kāi)關(guān)閉合過(guò)程不同的是，由于分閘過(guò)程期間兩觸頭的距離越來(lái)越大，間隙擊穿所需的電壓也越來(lái)越高，兩次擊穿間的時(shí)間間隔也隨之增長(zhǎng)。

根據(jù)上述分析可以看出，因GIS隔離開(kāi)關(guān)觸頭的分合速度比較慢（通常只有3～10 cm/s），相對(duì)于電力系統(tǒng)頻率來(lái)說(shuō)太低，又沒(méi)有專門(mén)的滅弧裝置，所以在分合小電容電流的操作時(shí)，在觸頭分開(kāi)或閉合的過(guò)程中，隔離開(kāi)關(guān)觸頭間的氣隙不可避免地會(huì)發(fā)生反復(fù)擊穿或者預(yù)擊穿的情況，而每一次擊穿和電弧重燃都極有可能引起VFTO。此外，由于GIS的絕緣結(jié)構(gòu)緊湊，相應(yīng)的線路長(zhǎng)度較小，行波時(shí)間很短，因此這種VFTO的波形起始部分很陡，頻率很高，達(dá)到幾十兆甚至上百兆赫茲，波形初始前沿在3～200 ns時(shí)過(guò)電壓幅值可能會(huì)達(dá)到2～3倍額定電壓。

VFTO的行波前沿陡度很大，即使在距離很近的兩個(gè)設(shè)備上，過(guò)電壓幅值也會(huì)有明顯的差別，所以避雷器幾乎沒(méi)有保護(hù)作用。若GIS內(nèi)存在金屬微?；蚴軗p電極等因素，在操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)就有可能引起GIS內(nèi)的擊穿事故。

同時(shí)，因?yàn)閂FTO的頻率很高，VFTO行波在GIS中傳輸時(shí)，電流的集膚效應(yīng)使得電荷集中在導(dǎo)體的外表面和設(shè)備外殼的內(nèi)表面。當(dāng)VFTO行波傳輸?shù)紾IS與外連線路（架空線或GIL）的連接處時(shí)，行波的一部分沿著GIS外殼形成對(duì)地的回路，使外殼的對(duì)地電位升高；另一部分會(huì)沿著套管的傳輸?shù)郊芸站€或GIL上，對(duì)與架空線或GIL相連的其他設(shè)備（如核電廠主變壓器）造成進(jìn)一步危害。

1.2 VFTO的特點(diǎn)

經(jīng)研究，VFTO的典型波形如下圖所示：

從中可以看出VFTO的特點(diǎn)：

（1）行波前沿很陡，其上升時(shí)間很短，通常為納秒級(jí)，相對(duì)于雷電沖擊電壓的波前時(shí)間要短很多。這是因?yàn)樵谝话闱闆r下，GIS中的電氣元件均是在稍微不均勻的電場(chǎng)下工作，只有在六氟化硫的間隙出現(xiàn)先導(dǎo)型放電時(shí)才會(huì)造成擊穿，所以當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)觸頭間隙發(fā)生擊穿的時(shí)候，電弧的燃熄過(guò)程非常迅速，使得產(chǎn)生的電壓波形上升或下降陡度很大。

（2）VFTO的電壓幅值并不高，盡管理論上VFTO的幅值最大可達(dá)3倍額定電壓，但實(shí)測(cè)和模擬試驗(yàn)均證明VFTO一般不超過(guò)2倍額定電壓，最高也不會(huì)超過(guò)2.5倍的額定電壓。endprint

（3）VFTO波形中部分分量的頻率很高。這是因?yàn)镚IS中相鄰電氣設(shè)備的間距和母線長(zhǎng)度相對(duì)較小，VFTO行波在GIS中以接近光速的速度傳輸，中間有很多復(fù)雜的折射、反射和疊加，所需時(shí)間非常短，使得VFTO振蕩頻率很大。

2 VFTO的危害

2.1 對(duì)GIS內(nèi)部的危害

VFTO對(duì)GIS的內(nèi)部絕緣，尤其是盆式絕緣子的危害極大。

雖然目前世界上各個(gè)GIS設(shè)備制造廠在設(shè)計(jì)、制造時(shí)都能做到讓GIS盆式絕緣子耐受VFTO的能力高于耐受雷電沖擊的能力，但是在GIS運(yùn)行期間中還是多次發(fā)生因VFTO而引發(fā)的故障或事故。多年的設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，GIS中的盆式絕緣子通常是GIS絕緣中最薄弱的環(huán)節(jié)，其根本原因是因?yàn)镚IS在部件加工、裝配或者開(kāi)關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生了導(dǎo)電微粒。導(dǎo)電微粒附著在絕緣子表面時(shí)，形成了GIS內(nèi)部局部電場(chǎng)集中，使得受到VFTO作用的絕緣子表面放電電壓低于雷電作用下的表面放電電壓，從而產(chǎn)生放電，破壞絕緣。研究結(jié)果表明，當(dāng)GIS中的盆式絕緣子表面無(wú)導(dǎo)電微粒附著時(shí)，VFTO作用下的六氟化硫氣隙擊穿電壓并不比其在雷電作用下的擊穿電壓低。而當(dāng)絕緣子表面存在導(dǎo)電微粒聚集等原因造成的局部電場(chǎng)集中時(shí)，即使在六氟化硫的實(shí)際應(yīng)用氣壓范圍（0.3～0.5 MPa）內(nèi)，受到VFTO作用的絕緣子表面放電電壓也遠(yuǎn)低于雷電作用下的表面放電電壓。

另外，在GIS母線內(nèi)的導(dǎo)電微粒在交流電壓的作用下會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，微粒在跳動(dòng)時(shí)一旦與母線導(dǎo)電桿接觸則會(huì)吸附在其表面，造成該處的絕緣耐壓強(qiáng)度降低。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電微粒越長(zhǎng)則絕緣破壞程度越大。

2.2 對(duì)GIS外部的危害

VFTO對(duì)GIS 外部電氣設(shè)備如核電廠主變壓器、架空線路絕緣均有較大危害，并會(huì)造成二次設(shè)備的干擾甚至損壞。

VFTO對(duì)核電廠主變壓器最主要的危害是在于其行波前沿極大的陡度對(duì)主變壓器首端繞組匝間絕緣的破壞。當(dāng)VFTO行波通過(guò)母線傳播到套管時(shí)，VFTO行波一部分會(huì)耦合到架空線（或GIL）上，并沿架空線（或GIL）傳播至相連的設(shè)備上。當(dāng)VFTO行波傳輸傳至主變壓器繞組時(shí)，因?yàn)槔@組存在對(duì)地雜散電容，VFTO會(huì)引起變壓器繞組匝間的電壓分布不均勻，尤其是繞組首端的匝間電壓遠(yuǎn)大于其他部分的匝間電壓，極可能造成首端匝間絕緣擊穿。另一方面，VFTO高達(dá)數(shù)十兆赫茲的行波進(jìn)入變壓器后可能會(huì)引起變壓器內(nèi)部的電磁振蕩，引起內(nèi)部過(guò)電壓，也會(huì)對(duì)變壓器繞組的匝間絕緣造成破壞，進(jìn)而威脅變壓器的安全運(yùn)行。

此外，VFTO行波一部分會(huì)耦合在GIS殼體與地之間，造成GIS裝置危險(xiǎn)的暫態(tài)地電位升高和殼體暫態(tài)電位升高，這兩種暫態(tài)電壓的升高會(huì)引起與GIS相連的控制、保護(hù)和信號(hào)傳輸?shù)榷卧O(shè)備的干擾甚至損壞。同時(shí)，由于VFTO而產(chǎn)生的外部暫態(tài)高頻電磁場(chǎng)會(huì)從GIS殼體和架空線（或GIL）向四周輻射，周圍的電子設(shè)備都會(huì)受到該電磁場(chǎng)的影響。

3 VFTO的影響因素

根據(jù)VFTO的成因及特點(diǎn)，我們可以分析影響VFTO的主要因素。

3.1 隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻的影響

研究表明，在GIS隔離開(kāi)關(guān)中裝設(shè)并聯(lián)電阻（又稱分合閘電阻）可以有效的抑制GIS中各節(jié)點(diǎn)的VFTO幅值，同時(shí)也可以有效的對(duì)VFTO高頻分量起到阻尼作用，降低VFTO波形的陡度。如圖3所示。

3.2 剩余電壓對(duì)VFTO的影響

剩余電壓與GIS負(fù)載側(cè)電容性電流大小、隔離開(kāi)關(guān)分合閘速度以及GIS母線上的泄漏相關(guān)，其中電容性電流的影響最為顯著。實(shí)驗(yàn)表明，GIS負(fù)載側(cè)電容電流越大，負(fù)載上儲(chǔ)存的殘留電荷就越多，使得剩余電壓越高。特別是當(dāng)負(fù)載側(cè)與電源側(cè)電壓為反極性時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)觸頭間隙擊穿前的電壓差很大，使得產(chǎn)生的VFTO幅值很高。

3.3 GIS支路長(zhǎng)度對(duì)VFTO的影響

目前為止，各種研究還未發(fā)現(xiàn)GIS支路的長(zhǎng)度對(duì)VFTO過(guò)電壓幅值的影響有明顯的規(guī)律，這主要是因?yàn)閂FTO行波的最大幅值是行波在GIS支路上折、反射過(guò)程中反復(fù)疊加而成的，支路長(zhǎng)度的變化一定會(huì)引起折、反射時(shí)間和過(guò)程的變化，使得行波的疊加更為復(fù)雜，所以支路長(zhǎng)度對(duì)VFTO過(guò)電壓幅值的影響并沒(méi)有確定的規(guī)律。但是，相對(duì)于不同的母線段長(zhǎng)度，GIS中支路不同位置的過(guò)電壓幅值可能會(huì)相差50%以上。甚至在某些情況下，支路長(zhǎng)度很小的改變都會(huì)引起VFTO過(guò)電壓幅值的巨大變化。

3.4 變壓器入口電容對(duì)VFTO的影響

核電廠500KV主變壓器的入口電容一般都在4000pF以上，電廠電力系統(tǒng)VFTO的幅值會(huì)隨變壓器入口電容的增大而增大。此外，當(dāng)變壓器入口電容一定時(shí)，系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)處VFTO的幅值相差也會(huì)較大，在設(shè)置保護(hù)時(shí)應(yīng)特別注意保護(hù)VFTO幅值較高的節(jié)點(diǎn)。

3.5 避雷器對(duì)VFTO的影響

需要說(shuō)明的是，目前在GIS上廣泛使用的氧化鋅避雷器對(duì)VFTO幾乎沒(méi)有多少限制作用。在模擬試驗(yàn)和計(jì)算中，避雷器可以等效于一組并聯(lián)在變壓器旁的電容（因避雷器本身具有對(duì)地雜散電容）和非線性電阻，由于VFTO的電壓幅值不大而且行波前沿時(shí)間很短，使得避雷器中非線性電阻里流過(guò)的電流很小，流過(guò)避雷器的電流會(huì)以電容性電流為主，而電阻性電流很小。一般情況下，避雷器閥片的最大阻性電流不足10A。根據(jù)避雷器計(jì)數(shù)器特性可以知道，在這種情況下避雷器的計(jì)數(shù)器不會(huì)動(dòng)作。但是，在發(fā)生VFTO時(shí)避雷器計(jì)數(shù)器也會(huì)動(dòng)作，其原因主要是因?yàn)閂FTO在避雷器的等效電容上產(chǎn)生了一連串的數(shù)十安培，甚至更大的電容電流，該電流通過(guò)避雷器時(shí)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器動(dòng)作。

雖然氧化鋅避雷器對(duì)VFTO無(wú)明顯的限制作用，但是實(shí)踐表明，避雷器對(duì)VFTO產(chǎn)生的暫態(tài)地電位升高和GIS殼體暫態(tài)電位升高均有一定的抑制作用。

4 如何抑制VFTO

針對(duì)VFTO的成因和影響因素，可以從GIS設(shè)計(jì)、制造以及操作等幾個(gè)方面對(duì)VFTO進(jìn)行抑制。endprint

4.1 在隔離開(kāi)關(guān)裝設(shè)并聯(lián)電阻（又稱分合閘電阻）是目前較為常用的抑制VFTO的措施

這是目前各主要GIS制造廠抑制VFTO的通用辦法。其原理是通過(guò)機(jī)械方法使電阻觸頭在隔離開(kāi)關(guān)合閘操作時(shí)先于主觸頭閉合，在隔離開(kāi)關(guān)分閘操作時(shí)晚于主觸頭分閘，從而使得分合閘電阻在隔離開(kāi)關(guān)分合閘的整個(gè)過(guò)程中都是串聯(lián)在回路中的，對(duì)VFTO起到了較好的抑制作用。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)選用適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担s幾百歐，需根據(jù)具體情況計(jì)算得出），可以將VFTO幅值降至1.2倍額定電壓以下。

分合閘電阻安裝位置如圖4。

4.2 通過(guò)優(yōu)化GIS設(shè)備的制造工藝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)防止因?qū)щ娢⒘Ｔ斐傻木植拷^緣水平下降

首先，在GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)考慮即使出現(xiàn)導(dǎo)電微粒，也不會(huì)對(duì)GIS的絕緣水平造成影響，或者至少將影響降至最低。制造廠在設(shè)計(jì)GIS外殼尺寸時(shí)，考慮到導(dǎo)電微粒在GIS內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)特性，在絕緣子附近會(huì)設(shè)置捕捉微粒的陷阱，使微粒在交流電場(chǎng)作用下的跳動(dòng)不足以與導(dǎo)電桿接觸。同時(shí)在絕緣子內(nèi)部設(shè)置屏蔽，減弱絕緣子附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得落入陷阱的微粒不容易吸附在絕緣子上。具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化形式見(jiàn)下圖：

其次，從工藝設(shè)計(jì)上確保不產(chǎn)生導(dǎo)電微粒。如在圖樣上要求零件要去尖角毛刺，并且檢查是否產(chǎn)生二次毛刺；避免使用不適當(dāng)?shù)牟牧?，如鋁材上加工的螺紋容易產(chǎn)生鋁屑；裝配圖上指出容易產(chǎn)生導(dǎo)電微粒的地方并要求檢查等。

還有，在制造環(huán)節(jié)盡量減少導(dǎo)電微粒的產(chǎn)生，防止微粒進(jìn)入GIS內(nèi)部。如零件端部倒圓角，及時(shí)清洗零部件，在滅弧車間裝配，裝配完成后利用超聲波檢測(cè)等措施來(lái)實(shí)施對(duì)導(dǎo)電微粒的控制。

此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高隔離開(kāi)關(guān)觸頭的分合速度。這樣可以減少重燃次數(shù)、縮短燃弧時(shí)間，使出現(xiàn)VFTO的機(jī)率減少，同時(shí)，也可以在一定程度上降低最高過(guò)電壓的倍數(shù)。

4.3 通過(guò)優(yōu)化GIS操作來(lái)降低出現(xiàn)VFTO的可能性

空載母線越長(zhǎng)，其上的殘余電荷越多，剩余電壓就越高，產(chǎn)生VFTO的可能性就越高。所以應(yīng)規(guī)范操作人員的操作方式，不要通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)操作較長(zhǎng)的GIS母線，以降低VFTO出現(xiàn)的概率。

操作人員應(yīng)定期利用接地開(kāi)關(guān)泄放殘余電荷，降低剩余電壓，也能達(dá)到降低VFTO出現(xiàn)可能性的作用。研究表明，利用接地開(kāi)關(guān)泄放殘余電荷，能把VFTO峰值有效地限制在2倍額定電壓以下。

5 結(jié)語(yǔ)

VFTO問(wèn)題的研究已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高壓電工領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的課題。1988年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）在全球范圍內(nèi)進(jìn)行的GIS用戶調(diào)查報(bào)告中明確指出：GIS隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的VFTO的確能造成套管和主變壓器的絕緣擊穿。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于500 KV等級(jí)及以上GIS中VFTO的影響和危害也做了較為深入的研究。鑒于500 KV等級(jí)的GIS已成為國(guó)內(nèi)核電廠的重要電力設(shè)備，這些研究都為研究分析國(guó)內(nèi)核電廠GIS中VFTO對(duì)周邊設(shè)備的影響奠定了良好的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)GIS內(nèi)VFTO的成因以及波形特點(diǎn)分析，提出了幾種常用的抑制VFTO的方法。作為核電廠的運(yùn)營(yíng)方，對(duì)于VFTO對(duì)設(shè)備的危害應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注，在設(shè)備采購(gòu)、安裝、調(diào)試以及后續(xù)運(yùn)行中都要時(shí)刻注意避免或者降低產(chǎn)生VFTO的概率。

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4.1 在隔離開(kāi)關(guān)裝設(shè)并聯(lián)電阻（又稱分合閘電阻）是目前較為常用的抑制VFTO的措施

這是目前各主要GIS制造廠抑制VFTO的通用辦法。其原理是通過(guò)機(jī)械方法使電阻觸頭在隔離開(kāi)關(guān)合閘操作時(shí)先于主觸頭閉合，在隔離開(kāi)關(guān)分閘操作時(shí)晚于主觸頭分閘，從而使得分合閘電阻在隔離開(kāi)關(guān)分合閘的整個(gè)過(guò)程中都是串聯(lián)在回路中的，對(duì)VFTO起到了較好的抑制作用。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)選用適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担s幾百歐，需根據(jù)具體情況計(jì)算得出），可以將VFTO幅值降至1.2倍額定電壓以下。

分合閘電阻安裝位置如圖4。

4.2 通過(guò)優(yōu)化GIS設(shè)備的制造工藝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)防止因?qū)щ娢⒘Ｔ斐傻木植拷^緣水平下降

首先，在GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)考慮即使出現(xiàn)導(dǎo)電微粒，也不會(huì)對(duì)GIS的絕緣水平造成影響，或者至少將影響降至最低。制造廠在設(shè)計(jì)GIS外殼尺寸時(shí)，考慮到導(dǎo)電微粒在GIS內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)特性，在絕緣子附近會(huì)設(shè)置捕捉微粒的陷阱，使微粒在交流電場(chǎng)作用下的跳動(dòng)不足以與導(dǎo)電桿接觸。同時(shí)在絕緣子內(nèi)部設(shè)置屏蔽，減弱絕緣子附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得落入陷阱的微粒不容易吸附在絕緣子上。具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化形式見(jiàn)下圖：

其次，從工藝設(shè)計(jì)上確保不產(chǎn)生導(dǎo)電微粒。如在圖樣上要求零件要去尖角毛刺，并且檢查是否產(chǎn)生二次毛刺；避免使用不適當(dāng)?shù)牟牧希玟X材上加工的螺紋容易產(chǎn)生鋁屑；裝配圖上指出容易產(chǎn)生導(dǎo)電微粒的地方并要求檢查等。

還有，在制造環(huán)節(jié)盡量減少導(dǎo)電微粒的產(chǎn)生，防止微粒進(jìn)入GIS內(nèi)部。如零件端部倒圓角，及時(shí)清洗零部件，在滅弧車間裝配，裝配完成后利用超聲波檢測(cè)等措施來(lái)實(shí)施對(duì)導(dǎo)電微粒的控制。

此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高隔離開(kāi)關(guān)觸頭的分合速度。這樣可以減少重燃次數(shù)、縮短燃弧時(shí)間，使出現(xiàn)VFTO的機(jī)率減少，同時(shí)，也可以在一定程度上降低最高過(guò)電壓的倍數(shù)。

4.3 通過(guò)優(yōu)化GIS操作來(lái)降低出現(xiàn)VFTO的可能性

空載母線越長(zhǎng)，其上的殘余電荷越多，剩余電壓就越高，產(chǎn)生VFTO的可能性就越高。所以應(yīng)規(guī)范操作人員的操作方式，不要通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)操作較長(zhǎng)的GIS母線，以降低VFTO出現(xiàn)的概率。

操作人員應(yīng)定期利用接地開(kāi)關(guān)泄放殘余電荷，降低剩余電壓，也能達(dá)到降低VFTO出現(xiàn)可能性的作用。研究表明，利用接地開(kāi)關(guān)泄放殘余電荷，能把VFTO峰值有效地限制在2倍額定電壓以下。

5 結(jié)語(yǔ)

VFTO問(wèn)題的研究已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高壓電工領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的課題。1988年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）在全球范圍內(nèi)進(jìn)行的GIS用戶調(diào)查報(bào)告中明確指出：GIS隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的VFTO的確能造成套管和主變壓器的絕緣擊穿。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于500 KV等級(jí)及以上GIS中VFTO的影響和危害也做了較為深入的研究。鑒于500 KV等級(jí)的GIS已成為國(guó)內(nèi)核電廠的重要電力設(shè)備，這些研究都為研究分析國(guó)內(nèi)核電廠GIS中VFTO對(duì)周邊設(shè)備的影響奠定了良好的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)GIS內(nèi)VFTO的成因以及波形特點(diǎn)分析，提出了幾種常用的抑制VFTO的方法。作為核電廠的運(yùn)營(yíng)方，對(duì)于VFTO對(duì)設(shè)備的危害應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注，在設(shè)備采購(gòu)、安裝、調(diào)試以及后續(xù)運(yùn)行中都要時(shí)刻注意避免或者降低產(chǎn)生VFTO的概率。

參考文獻(xiàn)

[1] Meppelink，J.， Diederich， K.J.，F(xiàn)eser，k.，Pfaff， W.R.Very fast transients in GIS[J].Power Delivery，IEEE Transactions on Volume 4，Issue l，Jan.1989（4）：223-233.

[2] 曾昭華，林集明，班連庚，等.特快速暫態(tài)過(guò)電壓及其研究實(shí)例[J].電網(wǎng)技術(shù)，1996（20）：10-14.

[3] 何善慶.GIS中的快速暫態(tài)現(xiàn)象[J].高壓電器，1995，31（2）：41-46.

[4] 王曉林，蕭風(fēng)良.GIS中的快速暫態(tài)過(guò)電壓及影響因素分析[J].高壓電器，1989 （5）：20-24.

[5] Boggs S.A. et al. Techniques and instrumentation for measurement of transients in gas-insulated switchgear[J].IEEE，1984， EI-19（2）：87-92.endprint

4.1 在隔離開(kāi)關(guān)裝設(shè)并聯(lián)電阻（又稱分合閘電阻）是目前較為常用的抑制VFTO的措施

這是目前各主要GIS制造廠抑制VFTO的通用辦法。其原理是通過(guò)機(jī)械方法使電阻觸頭在隔離開(kāi)關(guān)合閘操作時(shí)先于主觸頭閉合，在隔離開(kāi)關(guān)分閘操作時(shí)晚于主觸頭分閘，從而使得分合閘電阻在隔離開(kāi)關(guān)分合閘的整個(gè)過(guò)程中都是串聯(lián)在回路中的，對(duì)VFTO起到了較好的抑制作用。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)選用適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担s幾百歐，需根據(jù)具體情況計(jì)算得出），可以將VFTO幅值降至1.2倍額定電壓以下。

分合閘電阻安裝位置如圖4。

4.2 通過(guò)優(yōu)化GIS設(shè)備的制造工藝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)防止因?qū)щ娢⒘Ｔ斐傻木植拷^緣水平下降

首先，在GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)考慮即使出現(xiàn)導(dǎo)電微粒，也不會(huì)對(duì)GIS的絕緣水平造成影響，或者至少將影響降至最低。制造廠在設(shè)計(jì)GIS外殼尺寸時(shí)，考慮到導(dǎo)電微粒在GIS內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)特性，在絕緣子附近會(huì)設(shè)置捕捉微粒的陷阱，使微粒在交流電場(chǎng)作用下的跳動(dòng)不足以與導(dǎo)電桿接觸。同時(shí)在絕緣子內(nèi)部設(shè)置屏蔽，減弱絕緣子附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得落入陷阱的微粒不容易吸附在絕緣子上。具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化形式見(jiàn)下圖：

其次，從工藝設(shè)計(jì)上確保不產(chǎn)生導(dǎo)電微粒。如在圖樣上要求零件要去尖角毛刺，并且檢查是否產(chǎn)生二次毛刺；避免使用不適當(dāng)?shù)牟牧希玟X材上加工的螺紋容易產(chǎn)生鋁屑；裝配圖上指出容易產(chǎn)生導(dǎo)電微粒的地方并要求檢查等。

還有，在制造環(huán)節(jié)盡量減少導(dǎo)電微粒的產(chǎn)生，防止微粒進(jìn)入GIS內(nèi)部。如零件端部倒圓角，及時(shí)清洗零部件，在滅弧車間裝配，裝配完成后利用超聲波檢測(cè)等措施來(lái)實(shí)施對(duì)導(dǎo)電微粒的控制。

此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高隔離開(kāi)關(guān)觸頭的分合速度。這樣可以減少重燃次數(shù)、縮短燃弧時(shí)間，使出現(xiàn)VFTO的機(jī)率減少，同時(shí)，也可以在一定程度上降低最高過(guò)電壓的倍數(shù)。

4.3 通過(guò)優(yōu)化GIS操作來(lái)降低出現(xiàn)VFTO的可能性

空載母線越長(zhǎng)，其上的殘余電荷越多，剩余電壓就越高，產(chǎn)生VFTO的可能性就越高。所以應(yīng)規(guī)范操作人員的操作方式，不要通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)操作較長(zhǎng)的GIS母線，以降低VFTO出現(xiàn)的概率。

操作人員應(yīng)定期利用接地開(kāi)關(guān)泄放殘余電荷，降低剩余電壓，也能達(dá)到降低VFTO出現(xiàn)可能性的作用。研究表明，利用接地開(kāi)關(guān)泄放殘余電荷，能把VFTO峰值有效地限制在2倍額定電壓以下。

5 結(jié)語(yǔ)

VFTO問(wèn)題的研究已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高壓電工領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的課題。1988年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）在全球范圍內(nèi)進(jìn)行的GIS用戶調(diào)查報(bào)告中明確指出：GIS隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的VFTO的確能造成套管和主變壓器的絕緣擊穿。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于500 KV等級(jí)及以上GIS中VFTO的影響和危害也做了較為深入的研究。鑒于500 KV等級(jí)的GIS已成為國(guó)內(nèi)核電廠的重要電力設(shè)備，這些研究都為研究分析國(guó)內(nèi)核電廠GIS中VFTO對(duì)周邊設(shè)備的影響奠定了良好的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)GIS內(nèi)VFTO的成因以及波形特點(diǎn)分析，提出了幾種常用的抑制VFTO的方法。作為核電廠的運(yùn)營(yíng)方，對(duì)于VFTO對(duì)設(shè)備的危害應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注，在設(shè)備采購(gòu)、安裝、調(diào)試以及后續(xù)運(yùn)行中都要時(shí)刻注意避免或者降低產(chǎn)生VFTO的概率。

參考文獻(xiàn)

[1] Meppelink，J.， Diederich， K.J.，F(xiàn)eser，k.，Pfaff， W.R.Very fast transients in GIS[J].Power Delivery，IEEE Transactions on Volume 4，Issue l，Jan.1989（4）：223-233.

[2] 曾昭華，林集明，班連庚，等.特快速暫態(tài)過(guò)電壓及其研究實(shí)例[J].電網(wǎng)技術(shù)，1996（20）：10-14.

[3] 何善慶.GIS中的快速暫態(tài)現(xiàn)象[J].高壓電器，1995，31（2）：41-46.

[4] 王曉林，蕭風(fēng)良.GIS中的快速暫態(tài)過(guò)電壓及影響因素分析[J].高壓電器，1989 （5）：20-24.

[5] Boggs S.A. et al. Techniques and instrumentation for measurement of transients in gas-insulated switchgear[J].IEEE，1984， EI-19（2）：87-92.endprint