特高壓GIS中隔離開關(guān)操作引起的電磁暫態(tài)問題研究分析

段曉輝+孫英杰

【摘 要】特高壓GIS中產(chǎn)生的電磁暫態(tài)的問題對(duì)于目前的特高壓電站建設(shè)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(tài)問題。在氣體絕緣變電站既GIS中隔離開關(guān)操作過程中對(duì)于電磁暫態(tài)現(xiàn)象的引發(fā)時(shí)有發(fā)生，尤其隨著電壓的不斷大幅度增加其內(nèi)部的絕緣問題和二次干擾現(xiàn)象也隨之增加，其嚴(yán)重影響高壓電站的安全。研究并分析特高壓系統(tǒng)下的氣體絕緣變電站中隔離開關(guān)的操作引起的電磁暫態(tài)問題是目前特高壓電站建設(shè)的首要問題，其對(duì)于電站建設(shè)的安全性和實(shí)際操作方面都有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】氣體絕緣變電站；隔離開關(guān)；電磁暫態(tài)

特高壓GIS中隔離開關(guān)操作引起的電磁暫態(tài)問題主要有兩個(gè)方面，一方面其電磁暫態(tài)現(xiàn)象發(fā)生于GIS的內(nèi)部，其主要是影響GIS內(nèi)部設(shè)備絕緣方面的快速暫態(tài)過電壓既VFTO，另一方面是在GIS的殼體和大地之間產(chǎn)生電磁暫態(tài)，其使得暫態(tài)的殼體電位升高既TEV，對(duì)GIS的二次設(shè)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(jì)算機(jī)仿真手段，對(duì)隔離開關(guān)投切電阻的熱容問題、操作速度和VETO的影響等方面進(jìn)行探究。

1 特高壓GIS的VFTO和TEV的相關(guān)研究和產(chǎn)生機(jī)理

1.1 VFTO和TEV的研究現(xiàn)狀

目前對(duì)于VFTO和TEV的研究，國內(nèi)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(duì)其進(jìn)行相關(guān)的性能方面的研究，其后我國跟著展開了相關(guān)機(jī)理的研究，并結(jié)合特高壓GIS隔離開關(guān)操作進(jìn)行具體引起電磁暫態(tài)問題的實(shí)際案例的分析。目前對(duì)于特高壓GIS中隔離開關(guān)操作引起的電磁暫態(tài)問題的研究手段主要是通過計(jì)算機(jī)的相應(yīng)仿真操作和具體的數(shù)值測(cè)量來進(jìn)行。德國曾先后通過同軸電纜和示波器采集等技術(shù)對(duì)VFTO進(jìn)行具體的測(cè)量，但是由于電容的干擾和其他多方面原因，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。其后我國國家電網(wǎng)公司、中國電力科學(xué)院等多家組織進(jìn)行合作，通過實(shí)測(cè)和仿真研究對(duì)VFTO和TEV進(jìn)行了測(cè)量，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。目前我國在VFTO和TEV上的研究較為先進(jìn)。

1.2 VFTO和TEV的產(chǎn)生機(jī)理

在特高壓GIS中隔離開關(guān)操作引起的電磁暫態(tài)問題中，VFTO和TEV的產(chǎn)生機(jī)理主要是由于GIS快速暫態(tài)現(xiàn)象，其來源包括兩種，一種是對(duì)隔離開關(guān)和斷路器的操作，一種是由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或運(yùn)行時(shí)的接地故障導(dǎo)致的，接地故障主要產(chǎn)生TEV的問題。電磁暫態(tài)問題包括GIS的內(nèi)部暫態(tài)和外部暫態(tài)現(xiàn)象，內(nèi)部暫態(tài)的機(jī)理一種包括TRV作用于內(nèi)部導(dǎo)體和殼體，另一種作用為VFTO的作用。這兩種通過內(nèi)部快速暫態(tài)產(chǎn)生的問題主要導(dǎo)致GIS內(nèi)部設(shè)備的危害。GIS外部暫態(tài)包括三點(diǎn)，第一點(diǎn)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(huì)危害二次設(shè)備。第二種是由于TEMF由外殼向外輻射，導(dǎo)致電磁瞬變過程，也會(huì)產(chǎn)生二次設(shè)備的危害，第三種是由于FTOGIS外部一次設(shè)備產(chǎn)生的外部暫態(tài)過程，危害GIS相鄰設(shè)備。這些因素都會(huì)導(dǎo)致特高壓GIS中的電磁暫態(tài)問題，因此要在設(shè)置和操作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以防危險(xiǎn)的發(fā)生。

2 隔離開關(guān)的操作對(duì)于VFTO的影響

2.1 隔離開關(guān)的投切電阻對(duì)VFTO的影響

隔離開關(guān)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(shì)，根據(jù)相關(guān)研究表面在電阻在500Ω時(shí)為最適的投切電阻值，其VFTO幅值變化相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)比于不帶投切電阻的情況，對(duì)于GIS本體的VFTO最高值有所下降，這就使得VFTO通過幅值對(duì)于設(shè)備的危害有所下降。但是根據(jù)VFTO的特性其陡度和頻率對(duì)于設(shè)備也有所影響，根據(jù)研究表面投切電阻對(duì)于頻率的影響不大，因此投切電阻在隔離開關(guān)的裝置設(shè)備上可以有效地對(duì)VFTO的幅值下降減少電磁暫態(tài)的現(xiàn)象發(fā)生。在操作安全上起到一定的保護(hù)措施。但是目前根據(jù)綜合因素考慮，投切電阻在隔離開關(guān)的設(shè)備安裝上還有待考量，由于投切電阻裝置時(shí)會(huì)在原因結(jié)構(gòu)和重量上進(jìn)行相應(yīng)的改變，增加隔離開關(guān)的體積，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因此其在安全上的影響上有待研究，并且根據(jù)電站中實(shí)際操作因素，如隔離開關(guān)的操作速度和電阻熱容問題上的考慮，其在設(shè)計(jì)時(shí)也要對(duì)自身的耗能進(jìn)行相關(guān)的要求，因此投切電阻在隔離開關(guān)上的應(yīng)用其研究有上升的空間。

2.2 隔離開關(guān)的操作速度對(duì)VFTO的影響

隔離開關(guān)的操作速度一直是影響VFTO的一個(gè)重要因素，其對(duì)于VFTO的出現(xiàn)和幅值的相關(guān)數(shù)據(jù)都有一定得影響。目前的由于隔離開關(guān)的操作速度影響諸多的因素，不僅在重?fù)舸┐螖?shù)上有一定的影響，其對(duì)于電弧弧值上也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變，因此目前對(duì)于隔離開關(guān)操作速度上對(duì)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(shù)據(jù)研究上，我國的仿真數(shù)據(jù)研究表明，根據(jù)VFTO波形形狀上看，隔離開關(guān)的慢速產(chǎn)生的擊穿時(shí)間和擊穿次數(shù)相對(duì)與快速都較為明顯，具體發(fā)生原因是由于慢速的隔離開關(guān)其斷口處的耐受電壓低于兩側(cè)電壓，因此在擊穿機(jī)會(huì)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(fù)載側(cè)并不能釋放所有的電壓，在波和高頻振蕩后會(huì)形成殘余電壓，因此在電源測(cè)電壓的部位上，由于其特性會(huì)繼續(xù)進(jìn)行規(guī)律的變化，在這種的變化的延續(xù)階段會(huì)發(fā)生超過擊穿電壓的值出現(xiàn)，產(chǎn)生二次擊穿現(xiàn)象。因此在隔離開關(guān)操作時(shí)根據(jù)開關(guān)速度的快慢相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，隔離開關(guān)的開關(guān)速度越快在結(jié)束時(shí)的殘留電壓會(huì)相對(duì)下降，更加趨于均勻分布，防止出現(xiàn)電壓超過一次擊穿電壓，因此也防止了二次擊穿現(xiàn)象的出現(xiàn)。與此同時(shí)，在燃弧時(shí)間上上快速可以有效的簡短其時(shí)間，降低VFTO的出現(xiàn)。根據(jù)這種隔離開關(guān)的速度特點(diǎn)影響的VFTO的現(xiàn)象可以有效的降低操作過程中的危險(xiǎn)，降低在實(shí)際操作時(shí)的錯(cuò)誤現(xiàn)象發(fā)生和干擾，因此在特高壓GIS中隔離開關(guān)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(duì)其安全性能上進(jìn)行保險(xiǎn)準(zhǔn)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(gè)方面，其一是接地方式對(duì)GIS變電站TEV的影響，其二是三相殼體短接線對(duì)TEV的影響，其三就是地網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)TEV的影響。在接地方式的影響上主要是接地線數(shù)量的變化對(duì)TEV的不同的幅值的影響，影響情況根據(jù)接地線數(shù)量的增加，VET不斷產(chǎn)生幅值下降的現(xiàn)象，但在下降的過程中有趨于飽和的下降趨勢(shì)，因此在實(shí)際操作時(shí)要根據(jù)具體的數(shù)值進(jìn)行分析，確定最適的接地?cái)?shù)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(shè)置短接線提供外殼環(huán)流通道的特點(diǎn)，對(duì)VET的峰值進(jìn)行相應(yīng)的改變。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)分析可得，TEV的幅值會(huì)隨短接線的電感值低而進(jìn)行相應(yīng)的下降，但是其波形卻有所改變，有上升的大趨勢(shì)，因此VET的陡度上影響較大。其三在地網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面，由于網(wǎng)格數(shù)量上升使得接地網(wǎng)的均壓變得優(yōu)化，其三流的功能變得更有優(yōu)勢(shì)，因此網(wǎng)格數(shù)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(yīng)的保證和提高。

3.2 TEV的解決措施

對(duì)于TEV的防御措施方面，可以根據(jù)其具體的運(yùn)行原理上入手，具體根據(jù)特性和操作特點(diǎn)進(jìn)行具體流程的分析，主要的原理方法是通過抑制TEV來對(duì)幅值進(jìn)行相應(yīng)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(lián)電容在絕緣法蘭兩端，這種方法可以根據(jù)電容阻抗在高頻時(shí)變小的特點(diǎn)，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(lián)電容值有效的降低絕緣法蘭兩端電位差。其對(duì)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(duì)TEV的影響，安裝MOA可以使得GIS的頻率不受影響，對(duì)TEV有一定的降低幅值效果，根據(jù)相關(guān)研究，其對(duì)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(gè)重要手段。

4 結(jié)語

特高壓GIS中產(chǎn)生的電磁暫態(tài)的問題目前仍是研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，通過對(duì)VFTO和TEV的改變可以有效的進(jìn)行相關(guān)電磁暫態(tài)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(tài)的方法還有待研究，未來對(duì)于特高壓GIS的安全性上將會(huì)不斷提高。

【參考文獻(xiàn)】

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

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