隔離開關(guān)分和空載母線對VFTO的影響研究

吳 琦

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌 443000）

引言

智能電網(wǎng)的迅猛發(fā)展使得變電站內(nèi)采用了越來越多的電子式互感器等電子儀器。這些儀器安裝于一次設(shè)備之間，當(dāng)隔離開關(guān)進(jìn)行分和空載母線時(shí)，產(chǎn)生的快速暫態(tài)過電壓（VFTO）可能會(huì)對電子儀器造成電磁干擾，因此對VFTO進(jìn)行研究具有重要的工程意義[1‐3]。為此，建立了隔離開關(guān)擊穿的仿真模型，計(jì)算了隔離開關(guān)擊穿時(shí)回路的高頻振蕩電壓和電流，并分析了電容分壓器參數(shù)、回路地線電感對暫態(tài)干擾的影響。

1 隔離開關(guān)單次擊穿仿真及分析

在建立隔離開關(guān)分合空載母線的數(shù)學(xué)模型時(shí)，以單次擊穿為例進(jìn)行建立。隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí)發(fā)生的多次重燃弧可以認(rèn)為是由一系列重疊的單次高頻震蕩脈沖組成[4]，因此可以選取單次擊穿過程為例進(jìn)行仿真建模。依據(jù)文獻(xiàn)[5]的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，然后對電容分壓器的高頻特性進(jìn)行仿真，并將仿真結(jié)果與文獻(xiàn)[6]中計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果對比，對比結(jié)果如圖1所示。圖1(a)為高頻振蕩電流的變化曲線，圖1(b)為高頻振蕩電壓的變化曲線。

圖1 電容分壓器波形

觀察圖1可得，仿真模型與計(jì)算模型的數(shù)值較為吻合。同時(shí)隔離開關(guān)擊穿會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩的電壓及電流，其中高頻振蕩電壓的峰值為255.6 kV，高頻振蕩電流的峰值為5.3 A，兩者的持續(xù)時(shí)間均約為3 μs。

2 暫態(tài)干擾的影響因素

2.1 電容分壓器參數(shù)對暫態(tài)干擾的影響

為了分析電容分壓器的參數(shù)對暫態(tài)干擾的影響，在上述模型中改變電容分壓器的參數(shù)，計(jì)算不同參數(shù)對暫態(tài)干擾的影響，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。將圖2結(jié)果與圖1對比可知，此時(shí)振蕩頻率為10.58 MHz，同時(shí)電容分壓器的參數(shù)對暫態(tài)干擾有一定的影響。結(jié)合振蕩頻率的計(jì)算公式，保持回路參數(shù)不變，將文獻(xiàn)[7]的電容分壓器參數(shù)代入公式，得到振蕩頻率為11.5 MHz，由此可知，回路參數(shù)對振蕩頻率的影響不大，而電容分壓器的參數(shù)會(huì)對振蕩頻率產(chǎn)生較大影響。

圖2 電容分壓器參數(shù)對暫態(tài)干擾的影響

采用上述模型，分別計(jì)算寄生電阻和電感對振蕩電流的影響，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。觀察圖3(a)可知，當(dāng)寄生電阻變化時(shí)，振蕩電流也隨之變化，并且隨著寄生電阻的增大，振蕩峰值呈現(xiàn)增加趨勢，振蕩的程度加劇，振蕩的持續(xù)時(shí)間也隨著增長。觀察圖3(b)可知，隨著寄生電感的增加，振蕩峰值的變化不大，且振蕩持續(xù)時(shí)間也變化較小。

圖3 寄生參數(shù)對暫態(tài)干擾的影響

2.2 回路地線電感對暫態(tài)干擾的影響

采用上述模型仿真計(jì)算回路地線電感對暫態(tài)干擾的影響，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。觀察圖4可知，隨著回路地線電感的增大，振蕩峰值隨之增大，如0 μs時(shí)，地線電感為1 μH時(shí)，振蕩峰值為8.4 kV，當(dāng)?shù)鼐€電感升高至1.6 μH時(shí)，振蕩峰值升高至12.5 kV，而振蕩時(shí)間變化不大。

圖4 回路地線電感對暫態(tài)干擾的影響

3 結(jié)論

隨著智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，變電站內(nèi)開始分布著大量的電子儀器，這些電子儀器身處于一次設(shè)備之間，隔離開關(guān)分和空載母線時(shí)產(chǎn)生的VFTO很可能會(huì)對其造成干擾。為此，本文計(jì)算了隔離開關(guān)擊穿時(shí)回路的高頻振蕩電壓和電流，并分析了電容分壓器參數(shù)、回路地線電感對暫態(tài)干擾的影響。結(jié)果表明，VFTO受電容分壓器參數(shù)影響，也會(huì)受到回路參數(shù)的影響。