【正文】 的絕緣一般不構(gòu)成威脅，但對(duì)與 GIS 相連的設(shè)備，可能會(huì)引起基本頻率諧振過(guò)電壓。由于極不均勻電場(chǎng)（如表面存在長(zhǎng)針狀凸起），則在快速暫態(tài)擊穿發(fā)展過(guò)程中會(huì)因擊穿場(chǎng)強(qiáng) lu/? 的降低而導(dǎo)致上升時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 200ns。 M Pa)； P 為氣體壓力 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 GIS 隔離開(kāi)關(guān)操作引起的 VFTO 8 電場(chǎng)利用系數(shù)： ?? m a cm EE /m a x? — 。 l— 活化長(zhǎng)度， cm。 （ 2）陡度 GIS 中所充的 SF6 氣體本身具有很高的絕緣強(qiáng)度，電器內(nèi)部所形成的電場(chǎng)都接近于均勻電場(chǎng)，在均勻的電場(chǎng)中 SF6 的工頻電氣強(qiáng)度約為空氣的 3 倍，因此間隙距離比同樣電壓等級(jí)的空氣間隙小得多。 （ 1）幅值 暫態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的行波在 GIS 中傳播，遇到波阻抗就會(huì)發(fā)生折射和反射，所有波在 GIS 中產(chǎn)生多次反射與折射的各行波分量疊加在一起就形成 VFTO。 us(t) Za l1 DS l2 圖 開(kāi)斷前，隔離開(kāi)關(guān)電壓)(tus（電源側(cè)電壓）及)(tuL負(fù)載側(cè)電壓 )相等，即Ls uu?；開(kāi)斷后，su仍按工頻電源電壓規(guī)律變化，負(fù)載側(cè)電壓 則由于 GIS 內(nèi)部絕緣子或母線泄漏電阻很高，殘余電荷衰減很慢（通常要數(shù)小時(shí) 0，可視為一恒定不變的直流電壓（ VFTO 電壓行波跌落時(shí)間為納秒），其值由熄弧瞬間電壓 Lu決定。從而形成了幅值很高的暫態(tài)過(guò)電壓。外部暫態(tài)是由 GIS 內(nèi)部暫態(tài)過(guò)電壓波傳播到 GIS 外部引起的，包括危及 GIS 外的一次設(shè)備的暫態(tài)過(guò)電壓（ Fast Transient Overvoltage，簡(jiǎn)稱 FTO），以及使 GIS 的殼體電位升高的外殼暫態(tài)過(guò)電壓（ Transient Enclosure Voltage，簡(jiǎn)稱 TEV），也可形成向外輻射的電磁波（ TEMF），危及敏感的二次設(shè)備。最后，通過(guò)仿真得出的波形我們找出每種運(yùn)行工況下節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生VFTO 的最大值。 其次，是對(duì)電磁暫態(tài)分 析程序（ EMTP）的學(xué)習(xí)， EMTP 是本次論文的主要仿真軟件。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，則不像模擬裝置那樣，它沒(méi)有改變系統(tǒng)接線和參數(shù)的困難，一旦建立了比較準(zhǔn)確地計(jì) 算方法，就能有意識(shí)的根據(jù)計(jì)算分析需要，改變某些參數(shù)，從而進(jìn)行各種設(shè)備布局情況，不同運(yùn)行方式下的計(jì)算。 80 年代以來(lái)，國(guó)際上已有許多專家展開(kāi)了特快速暫態(tài)現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理、特征、影響因素、幅值分布情況，暫態(tài)電位升高（ Transient Ground Potential Rise，簡(jiǎn)稱 TGPR）效應(yīng)，暫態(tài)電磁和電磁干擾等問(wèn)題以及絕緣對(duì)這種陡波前過(guò)電壓耐受能力等方面的研究。 2020 年西北地區(qū)建設(shè)沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 的第一條 750kV 線路已投入使用，世界上最高電壓等級(jí)的輸電系統(tǒng) —— 交流 1000kV和 800kV 輸電系統(tǒng)正在積極推進(jìn)中。另外，廣東抽水蓄能電廠、四川二灘水電廠等也有類(lèi)似的現(xiàn)象發(fā)生，經(jīng)調(diào)查也是快速暫態(tài)過(guò)電壓引起的。隨著GIS 運(yùn)行電壓和 SF6 氣壓的提高，特快速暫態(tài)過(guò)電壓的影響日益嚴(yán)重，致使其在 330KV及以上的電壓等級(jí)的 GIS 中多次引起設(shè)備故障，它不但會(huì)在 GIS 的主回路引起對(duì)地故障，還會(huì)造成相鄰設(shè)備的絕緣損壞。 我國(guó)的 GIS 的運(yùn)行電壓已經(jīng)達(dá)到 750KV，分別在我國(guó)西北電網(wǎng) 750KV 示范工程的官?gòu)d和蘭州東變電站，于 2020 年底正式并網(wǎng)投入商業(yè)運(yùn)行。以 550kV 一個(gè)斷路器接線的 HGIS、 GIS、 AIS 相比， HGIS 的產(chǎn)品價(jià)格比 GIS 省 53%，是 AIS 的 倍。它因與常規(guī)空氣絕緣變電站（ Air Insulated Substation，簡(jiǎn)稱AIS）相比而具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，近幾十年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。VFTO。 關(guān)鍵詞： GIS； VFTO； EMTP。以 550KV GIS 為例，首先，計(jì)算模型及其等效參數(shù)的確定，根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料確定主線路和 GIS 內(nèi)部元件的計(jì)算模型和具體的等效參數(shù)。 摘要 隨著我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展和電壓等級(jí)的不斷提高，氣體絕緣變電站（ GIS）在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 首先介紹了 GIS 產(chǎn)生的機(jī)理及其結(jié)構(gòu)和特性，其次是關(guān)于電磁暫態(tài)程序（ EMTP）的學(xué) 習(xí)，最后是對(duì) VFTO 的計(jì)算。 通過(guò)分析對(duì)不同運(yùn)行工況下 GIS內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的快速暫態(tài)過(guò)電壓，從而確定 VFTO 是否會(huì)對(duì)設(shè)備本身以及相鄰設(shè)備造成危害，以此來(lái)指導(dǎo) GIS 的絕緣設(shè)計(jì)。s influence on the equipment itself and the adjacent equipment, therefore the VFTO through the calculation to guide, uhv GIS insulation design. First introduces the formation mechanism of GIS and its structure and features, the second is about the study of electromagic transient program (EMTP), and at last the calculation of VFTO. With 550 kv GIS as an example, first of all, the determination of calculation model and the equivalent parameters, according to the current literature to determine the main road and the GIS calculation model and the equivalent parameters of internal ponents. Second, determine the operating mode of GIS, according to the information about the paper as well as the power station electrical wiring characteristics of GIS, the mode of operation is determined. Finally, in view of each kind of operating mode, calculation caused by disconnector operation VFTO values. Through the analysis of fast transient on each node of the GIS within the different operating conditions of the over voltage, so as to determine whether VFTO will cause harm to the equipment itself and the adjacent equipment, so as to guide the design of GIS insulation. Key words: GIS。 附 錄：不同運(yùn)行方式 VFTO 波形 .......................................................... 34 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 概述 全封閉氣體絕緣變電站（ Gas Insulated Substations 也譯作 Gas Insulated Switchgear，簡(jiǎn)稱 GIS）是一種將高壓電器存放于接地的密封金屬殼內(nèi)，以高壓氣體為主要絕緣介質(zhì)的電站。這與空氣絕緣變電站相比，提高了設(shè)備的可靠性；而與 GIS 設(shè)備相比，省略了封閉式母線，大大節(jié)省了費(fèi)用。 HGIS 設(shè)備在我國(guó)的應(yīng)用前景將會(huì)很廣泛。 在 GIS 中，由于斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、以及接地開(kāi)關(guān)操作或帶電線路對(duì)地閃絡(luò)，甚至雷電波的入侵，都可能會(huì)在 GIS 內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)上升速度極快（一般為幾到幾十納秒）的電壓陡波，這個(gè)電壓陡波沿著 GIS 管道傳播，遇到波阻抗就會(huì)發(fā)生反射和折射，所有在 GIS 中產(chǎn)生的多次反射和折射的各 行波分量疊加在一起，就會(huì)形成波頭很陡、頻率高達(dá)幾十 MHz 甚至上百 MHz 數(shù)量級(jí)的陡波前過(guò)電壓，俗稱特快速暫態(tài)過(guò)電壓。 （ 4）華東天荒坪蓄能電廠的 500KV GIS 自 98 年以來(lái)，由于隔離開(kāi)關(guān)例行操作，出現(xiàn)了變壓器保護(hù)用氧化鋅避雷器頻繁動(dòng)作的顯現(xiàn)，經(jīng)計(jì)算是由特快速暫態(tài)過(guò)電壓引起的。目前， 330kV 輸電系統(tǒng)已在我國(guó)西北地區(qū)形成主網(wǎng)，我國(guó)其他地區(qū)為 500kV 電網(wǎng)覆蓋。在超高壓及特高壓輸電系統(tǒng)中， GIS 等關(guān)鍵設(shè)備的安全可靠性更是超高壓及特高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)在于能形象地深入了解現(xiàn)象的發(fā)生過(guò)程，但由于受到實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的限制，很難改換系統(tǒng)的接線和調(diào)節(jié)原件的特性，還有由于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)期間更不可能進(jìn)行實(shí)測(cè)。 首先，通過(guò)查閱資料對(duì) GIS 分類(lèi)、產(chǎn)生的機(jī)理和特性進(jìn)行了解。然后，在不同運(yùn)行工況方式下在 EMTP 中分別進(jìn)行電路的搭建及仿真。 圖 內(nèi)部暫態(tài)是在 GIS 內(nèi)部的暫態(tài)過(guò)程，所形成的過(guò)電壓作用于 GIS 內(nèi)部導(dǎo)體和殼體GIS快速暫態(tài)現(xiàn)象的來(lái)源 隔離開(kāi)關(guān)、斷路器的操作 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)或運(yùn)行過(guò)程的接地故障 快速暫態(tài)現(xiàn)象 內(nèi)部傳播 在 GIS內(nèi)部傳播 外 部傳播 在 GIS外部傳播 內(nèi)部快速暫態(tài)過(guò)程 外殼電壓 瞬變過(guò)程 電磁瞬變過(guò)程 GIS 外部暫態(tài)過(guò)程 TRV 作用于內(nèi)部導(dǎo)體的殼體 VFTO 作用于內(nèi)部導(dǎo)體和殼體 TVE 作用于外殼與地 之間 TEMF 殼體向外輻射 FTO GIS 外部一次設(shè)備 危害 GIS 內(nèi)部設(shè)備 危害二次設(shè)備 危害 GIS 相鄰設(shè)備 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 GIS 隔離開(kāi)關(guān)操作引起的 VFTO 6 之間，危害 GIS 內(nèi)部的絕緣，包括斷路器操作引起的瞬態(tài)恢復(fù)電壓（ Transient Recovery Voltage，簡(jiǎn)稱 TRV），隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的快速暫態(tài)過(guò)電壓。隔離開(kāi)關(guān)觸頭間隙兩端的電壓在幾個(gè)納秒內(nèi)突然跌落 ，電壓陡波在 GIS 內(nèi)不斷產(chǎn)生行波，來(lái)回傳播，并且發(fā)生復(fù)雜的折射、反射和疊加。其中，Us(t)為電源電壓， Za 為電源等效阻抗 ， l1， l2 分別代表電源及負(fù)載側(cè)的母線。由于頻率過(guò)高，在電流過(guò)零時(shí)電弧仍不會(huì)熄滅，知道高頻振蕩衰減完畢，電弧才會(huì)熄滅，第一次復(fù)燃過(guò)程結(jié)束。由于 GIS 隔離開(kāi)關(guān)操作引起的高頻暫態(tài)過(guò)電壓可能達(dá)到多高的峰值，所持觀點(diǎn)不同，大多數(shù)情況下最高過(guò)電壓幅值（標(biāo)么值）在 .左右，有時(shí)也可能超過(guò) 。 tK — Tippler 火花常數(shù)， tK =50kV? ns/cm?？梢酝ㄟ^(guò)下面公式近似求得 ?ppElu c)/(/ ?? （ ） 其中： cpE )/( =860kV/(cm電極凹凸不平、表面粗糙或存在微粒，均會(huì)導(dǎo)致上升時(shí)間加長(zhǎng)。 1MHz 左右的基本振蕩頻率主要由電源與負(fù)載側(cè)的電容與電感振蕩形成。更高頻率的特高頻振蕩是由于 VFTO 在 GIS 內(nèi)部相鄰部件間不斷折射、反射和疊加形成的，通常電壓幅值較低，所以對(duì)電氣設(shè)備的影像基本不用考慮。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 GIS 隔離開(kāi)關(guān)操作引起的 VFTO 9 （ 1） 老化效應(yīng) 與一般切容性負(fù)荷的原理相同， GIS 隔離開(kāi)關(guān)在切、合容性負(fù)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多次重燃。 此外，電弧燃燒也會(huì)產(chǎn)生一些導(dǎo)電微粒，微粒在電場(chǎng)作用下很容易著附在絕緣部件表面，使絕緣子沿面閃絡(luò)電壓降低。當(dāng)電壓升高 10%，電容器的壽命就要縮短 1/2。因而對(duì)于一個(gè)上升時(shí)間為 10ns，幅值為，在 1ns 內(nèi)就能將 30cm 導(dǎo)線末端。對(duì)于直接相連的變壓器，該陡波的上升 時(shí)間只有數(shù)十納秒，遠(yuǎn)小于雷電沖擊截沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文