封閉式組合電器隔離開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的過(guò)電壓
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
近年來(lái)，GIS在國際上得到了廣泛應用。然而運行經(jīng)驗表明，GIS隔離開(kāi)關(guān)在例行操作時(shí)不僅會(huì )在GIS主回路引起對地故障[1,2]，而且還會(huì )造成相鄰設備(如變壓器等)的絕緣損壞[3]。
因此國內用戶(hù)對這一問(wèn)題的關(guān)切程度也在增加，本文在這方面做了一些工作，這里作簡(jiǎn)要的介紹。
當隔離開(kāi)關(guān)兩側電壓Va高于VR時(shí)隔離開(kāi)關(guān)被擊穿，過(guò)渡過(guò)程完成后，隔離開(kāi)關(guān)兩側電位基本相等，電弧熄滅，電路原理如圖2所示。由于負荷側母線(xiàn)泄露電阻很大，所以保持熄弧瞬間電壓V1不變，在示波圖上表現為一段水平直線(xiàn)。而電源側電壓隨電源Vs而變。當它們的差值Va再次超過(guò)VR時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)復燃。這一過(guò)程會(huì )在隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)的過(guò)程中不斷發(fā)生。對于合閘操作，機理也完全相同。
在每一個(gè)電壓跳變處將產(chǎn)生一個(gè)階躍電壓波，對正常設計的GIS，估計這一上升時(shí)間最快可達3ns[4]。由于這一過(guò)電壓的上升速率極快，因此被稱(chēng)做陡波前過(guò)電壓（Very Fast FrONt Overvoltage 簡(jiǎn)稱(chēng)VFFO），也有些文獻稱(chēng)這種過(guò)電壓為特快速暫態(tài)過(guò)電壓（Very FaST Transients Overvoltage 簡(jiǎn)稱(chēng)為VFTO）。這樣的階躍電壓波不斷地產(chǎn)生、來(lái)回地傳播，并且發(fā)生復雜的折射、反射和疊加就構成了GIS中的（Very Fast Transients）現象。
2 試驗簡(jiǎn)介
試驗方式1是用被試隔離開(kāi)關(guān)DT開(kāi)合一段短負荷母線(xiàn)（DT與DA之間的母線(xiàn)）。在進(jìn)行合閘操作前，負荷側母線(xiàn)必須充以表1規定的直流電壓，然后直流電壓源用輔助隔離開(kāi)關(guān)DA斷開(kāi)。由于GIS母線(xiàn)泄露電阻很大，負荷側母線(xiàn)將保持這一電壓不變，這時(shí)將電源側（DT左側）電壓升至試驗電壓，最后關(guān)合被試隔離開(kāi)關(guān)DT。
由于負荷側母線(xiàn)已經(jīng)預充了負的直流電壓，隔離開(kāi)關(guān)將在電源側電壓峰值處附近擊穿，產(chǎn)生VFFO。開(kāi)斷試驗時(shí)，DA打開(kāi)，DT處于合閘位置，電源電壓升至，打開(kāi)DT即可。
需要說(shuō)明的是，在隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)斷時(shí)，隨著(zhù)隔離開(kāi)關(guān)觸頭距離的增加，擊穿電壓也在不斷上升，所以最后階段重燃的過(guò)電壓是最高的（參見(jiàn)圖1）。其極限情況是最后一次重燃前負荷側母線(xiàn)殘留電壓為相電壓峰值，而最后一次重燃又正好發(fā)生在電源側電壓反極性峰值處，但這種概率是不大的。而標準規定的關(guān)合試驗條件考慮的即為這一苛刻狀況，也就是說(shuō)在方式1中，合閘產(chǎn)生的過(guò)電壓相對來(lái)說(shuō)比較穩定，這是由于負載側預充了直流電壓。而分閘過(guò)電壓隨機性比較強，合閘過(guò)電壓比分閘過(guò)電壓要高。
IEC61259對此項試驗規定了三種試驗方式，但若對三種試驗方式都進(jìn)行試驗是非常困難的（具體要求參見(jiàn)文獻[5,6]。由于只有試驗方式1是強制性的，因此只對方式1進(jìn)行了試驗。
此次500kV GIS 隔離開(kāi)關(guān)共進(jìn)行了200次關(guān)合試驗和100次開(kāi)斷試驗，取得了大量的數據。其中測得的最大過(guò)電壓出現在合閘負荷側，為1189kV（2.4p.u.）。具體情況參見(jiàn)文獻[7]。
3 計算模型的確定
3.1 計算模型
研究表明利用計算機進(jìn)行模擬計算是比較有效的[8]，只是在計算前必須根據自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，試驗回路或變電站的具體情況，對模量損耗電阻、接地電阻等計算參數進(jìn)行一定的假設，并且通過(guò)計算和實(shí)測來(lái)校正這些假設，最終才能達到比較準確的計算。
EMTP程序包含有對有耦合的平行多導體系統暫態(tài)過(guò)程的計算，它采用相模變換方法，把有耦合的各平行導體相量上的傳輸參數變換成無(wú)耦合的各模量上的傳輸參數，據此利用Bergeron法求出模量上的暫態(tài)過(guò)程解，再反變換求出相量上的暫態(tài)過(guò)程解。
利用EMTP程序進(jìn)行計算時(shí)，必須輸入模量參數。本文使用電纜/GIS參數計算程序及EMTP程序對國外某公司試品進(jìn)行了模擬計算，并與其實(shí)測結果進(jìn)行了對比。
通過(guò)對比計算可以得出結論：利用GIS參數計算程序得出的衰減電阻太小，可能是因為VFFT過(guò)程十分復雜，只通過(guò)簡(jiǎn)單的理論計算很難真實(shí)地反映GIS中的各種損耗。所以需要通過(guò)試驗和計算的對比來(lái)調整參數的設置，才能使計算比較真實(shí)。本文采用了加大衰減電阻的方法使計算波形與實(shí)測波形從整體上看比較相似。
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