【正文】 GIS 運(yùn)行電壓和 SF6 氣壓的提高，特快速暫態(tài)過電壓的影響日益嚴(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。 2020 年西北地區(qū)建設(shè)沈陽化工大學(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。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，則不像模擬裝置那樣，它沒有改變系統(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。最后，通過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。從而形成了幅值很高的暫態(tài)過電壓。 （ 1）幅值 暫態(tài)過程中產(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。 l— 活化長度， cm。由于極不均勻電場（如表面存在長針狀凸起），則在快速暫態(tài)擊穿發(fā)展過程中會(huì)因擊穿場強(qiáng) lu/? 的降低而導(dǎo)致上升時(shí)間長達(dá) 200ns。 VFTO 對(duì)設(shè)備絕緣的影響 VFTO 出現(xiàn)在 GIS 內(nèi)部，也傳播到 GIS 外部，稱為 FTO?？紤]到承受電壓和吸收能量后的熱容量問題時(shí)，特別是環(huán)氧樹脂絕緣子、電容器等由熱產(chǎn)生老化和化學(xué)變化，從而導(dǎo)致強(qiáng)度性能和沿面放電性能大大降低。當(dāng)在變壓器、電容套管等結(jié)構(gòu)內(nèi)的匝間、層間時(shí)，電的傳播時(shí)間可以與陡波上升時(shí)間相比，陡波會(huì)在類似結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生很大的電位差。而暫態(tài)電流還會(huì)引起暫態(tài)電位升高，對(duì)二次側(cè)的測量、監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。干擾電壓以行波的形式傳播到二次電纜末端，將在監(jiān)控系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾電流及電壓，從而影響在線檢測及二次保護(hù)系統(tǒng)。由于 VFTO 波頭很陡，帶間隙的碳化硅避雷器不可能可靠保護(hù)，只有采用無間隙養(yǎng)護(hù)新避雷器來限制才比較有效。 ATP— EMTP 是時(shí)域計(jì)算電 — 機(jī)械或電 磁暫態(tài)現(xiàn)象的仿真軟件，能處理計(jì)算大型的復(fù)雜電路?？梢酝ㄟ^增加一個(gè)測量開關(guān)（ switch）來實(shí)現(xiàn)。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 550KV GIS中 VFTO數(shù)值計(jì)算 17 第四章 550KV GIS 中 VFTO 數(shù)值計(jì)算 GIS 部件瞬態(tài)特性 計(jì)算快速暫態(tài)過電壓的關(guān)鍵是獲得 GIS 中元件的暫態(tài)模型和參數(shù)。因 為它是上一時(shí)刻的電流，故稱為歷史電流源。經(jīng)驗(yàn)公式如下： nSKC?1 （ ） 式中，電容的單位為 pf， S 為變壓器三相容量（ MVA）。斷路器分閘時(shí)，需考慮觸頭間的均壓電容。上水庫正常蓄水位 ，總庫容量 萬 m3，蓄能發(fā)電庫容 萬 m3；下水庫正常蓄水位為 ，總庫容量 萬 m3，調(diào)節(jié)庫容 萬 m3。只有雷擊沖擊過電壓（ 1550kV）的 %。隨后對(duì)電磁暫態(tài)程序進(jìn)行了介紹。 SF6 氣體絕緣全封閉組合電器（ GIS）。 550kV GIS 中 VFTO 研究 [J]。 [13]阮金榮，施圍，王亮。隔離開關(guān)不同操作方式產(chǎn)生的快速暫態(tài)過電壓 [J]。 500kV GIS 隔離開關(guān)操作產(chǎn)生 VFTO 研究 [J].湖南電力研究與實(shí)驗(yàn)， 2020，30（ 1）。第五 屆輸配電技術(shù)國際會(huì)議論文集，北京， 2020. [3]邱敏昌， GIS 裝置及其絕緣技術(shù)。論文首先 對(duì) VFTO 的發(fā)展歷程及 VFTO產(chǎn)生的機(jī)理以及 VFTO 的危害進(jìn)行計(jì)算。如圖 所示 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 550KV GIS中 VFTO數(shù)值計(jì)算 26 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 4 D e c 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ s pe c i a l t y\ P r o j e c t o f S G \電路 \方式 1\ j i a n hu a d i a nl bD r a w n B y :D S 14C B 12D S 13D S 12C B 11 D S 11D S 21C B 21D S 22D S 23C B 22D S 24出線端D S 1 D S 2 D S 3 D S 4C a b l eG I ST M 1 T M 2 T M 3 T M 4 圖 550kVGIS操作方式示意圖 根據(jù)圖 的 550KV GIS 部署，一共有單機(jī)單出線、雙機(jī)單出線及四機(jī)單出線工況下的共十余種運(yùn)行方式如下： （ 1） 單機(jī)單出線工況： ① 方式 1： CB11， CB12， DS12 斷開，操作 DS11； ② 方式 2： CB11， CB12， CB21 斷開， DS11 閉合，操作 DS12； ③ 方式 3： CB11 閉合， CB12， CB21 斷開， DS22 斷開，操作 DS13； ④ 方式 4： CB11 閉合， CB12， CB21 斷開， DS13 閉合， DS22 斷開，操作 DS14； （ 2） 、 雙機(jī)單出線工況 :雙機(jī)單出線分為兩種情況一種是同一機(jī)組，其操作方式和單機(jī)單出線類似。 GIS 內(nèi)部元件具體等效模型 及參數(shù)分別見表 和 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 550KV GIS中 VFTO數(shù)值計(jì)算 22 表 主要原件的等效模型 元 件 等 效 模 型 備 注 變壓器 等效電感和入口電容 隔離開關(guān) 分閘時(shí)，等效為對(duì)地電容； 合閘時(shí)，等效為短母線 燃弧時(shí)的開關(guān) 時(shí)變電阻和對(duì)地電容 斷路器 分閘時(shí)，等效為極間均壓電容； 合閘時(shí)，等效為短母線 套管 對(duì)地電容 電流互感器 可忽略 電壓互感器 對(duì)地電容 避雷器 對(duì)地電容 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 550KV GIS中 VFTO數(shù)值計(jì)算 23 表 550KV 系統(tǒng)中原件等效參數(shù) 原件 550KV GIS 變壓器 5000pf 斷路器 合閘狀態(tài) — 分閘狀態(tài) 350pf 隔離開關(guān) 分閘狀態(tài) 125pf 燃弧時(shí)動(dòng)側(cè)對(duì)地 56pf 燃弧時(shí)靜側(cè)對(duì)地 134pf GIS管線 63? 波速 296m/ s? 套管 320pf 避雷器 19pf 電壓互感器 400pf 550KV GIS 內(nèi)部 VFTO 仿真計(jì)算 550KV GIS 工程概述及電氣接線圖 本文以黑麋峰抽水蓄電站為研究背景。本文取燃弧時(shí)的電弧電阻，其中 /0() tTaR t R R e??? ， ??， 1nsT? 。由于純電阻集中參數(shù)元件并不是儲(chǔ)能原件，其暫態(tài)過程與歷史記錄無關(guān)，電壓和電流的關(guān)系可以由下列代數(shù)方程式?jīng)Q定： ikm(t) m k + uc(t) uk (t) um(t) uk(t) ikm(t) k m Rc=Δ L/2c um(t) iL(tΔ t) 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 550KV GIS中 VFTO數(shù)值計(jì)算 20 ? ? ? ? ? ?? ?tutuRtimkkm ?? 1 （ ） 圖 GIS 部件等效模型及參數(shù) （ 1）變壓器 變壓器的入口等值電容個(gè) 1C 與它的電壓等級(jí)、容量和結(jié)構(gòu)有關(guān)。其中， LR 是電感 L 的等值計(jì)算電阻，只要時(shí)間步長 t? 確定后， LR 即可根據(jù)式（ ）式可得。修改這些參 數(shù)可以通過setting/simulation 下屬菜單選擇，如圖 圖 間隔時(shí)間以秒計(jì)、仿真結(jié)束時(shí)間以分計(jì)、 X opt=0 電感以mh為單位、 Copt=1 電容以u(píng)f為單位。 File：打開和保存電路文件，新建，輸入 /輸出電路文件，創(chuàng)建附注和元文件 /位圖文件， 打印當(dāng)前文件并退出 Edit：電路編輯：復(fù)制 /粘貼 /刪除 /多重復(fù)制 /跳過 /旋轉(zhuǎn)，選擇，移動(dòng)標(biāo)簽和復(fù)制圖畫到 剪切板和撤銷 /恢復(fù)等等 View：工具欄，狀態(tài)欄和注釋欄開 /關(guān)，縮放，更新和視窗選項(xiàng) ATP：創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)名，制作 ATP 文件，編輯 ATP 文件， ATP 文件設(shè)置，運(yùn)行任務(wù)。它采用數(shù)值方法解決時(shí)域傳輸線方程的重要工具，其中無損線的電報(bào)方程的解決采用貝龍杰法。研究表明，選用適當(dāng)?shù)碾娮柚担s幾百歐姆），可以加快 VFTO 衰減速度，減少對(duì)設(shè)備的損害。這樣，高壓母線上的暫態(tài)電壓電流會(huì)直接耦合到屏蔽或未屏蔽的 TA 或 CCVT 電纜的內(nèi)部導(dǎo)線，進(jìn)而對(duì)二次設(shè)備造成干擾。 GIS中的暫態(tài)電磁場耦合到 外部環(huán)境中，本身是一個(gè)低能量現(xiàn)象，目前尚無記錄證明它對(duì)人身健康問題有直接的危險(xiǎn)。國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)類似事故，應(yīng)該得到更多的重視 （ 2） 形成匝間、層間過電壓 電磁波在氣體中傳播的速度為 30cm/ns。這對(duì)于其絕緣而言無異于接受一種性質(zhì)與截波相似的老化試驗(yàn)，給絕緣帶 來累積損傷。高頻振蕩是 VFTO 最重要的部分，是損壞電氣設(shè)備絕緣的重要因素，并且決定著 GIS 的絕緣水平。 一般情況下， rt 為 3～ 20ms，隨著電場的非均勻度而不同。 DS 斷口擊穿時(shí)會(huì)在幾納秒內(nèi)建立火花導(dǎo)電通道，在均勻或是、不均勻電場中形成 VFTO 沖擊波的上升時(shí)間表示為 ? ?luKt tr // ?? () 式中， u? — 擊穿前的電壓， KV。當(dāng)觸頭兩端電壓差超過其+ uB uL 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 GIS 隔離開關(guān)操作引起的 VFTO 7 決定的介質(zhì)恢復(fù)電壓 Bu時(shí)，間隙擊穿，從而出現(xiàn)第一次重燃，產(chǎn)生高頻率的快速暫態(tài)過電壓。 VFTO 的產(chǎn)生機(jī)理和特性 隔離開關(guān)動(dòng)作速度緩慢，約為 3～ 10cm/s,又沒有滅弧裝置，所以每一次操作都發(fā)生數(shù)十次設(shè)置數(shù)百次的復(fù)燃 .。以黑麋峰 550KV 抽水蓄電站為背景，首先，通過其主接線圖，我們確定可能的運(yùn)行工況。近年來隨著國內(nèi)高電壓等級(jí) GIS 的使用越來越普遍，電力系統(tǒng)受 VFTO 的影響也越來越突出，我國學(xué)術(shù)界也正在進(jìn)行大量這方面的研究 國外對(duì)快速暫態(tài)過電壓的研究除現(xiàn)場實(shí)測外，主要是計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬計(jì)算，也有使用物理模型盡行實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 隨著我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展，輸電電壓等級(jí)不斷提高。目前，隨著 GIS 電壓等級(jí)的提沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 高，土地資源、環(huán)境保護(hù)和人才費(fèi)用的上漲，其應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯， GIS 的發(fā)展和前景可觀。 20 世紀(jì) 90 年代后期，世界上還出現(xiàn)了一種介于 GIS 和 AIS 之間的新型高壓開關(guān)設(shè)備 HGIS(Hybrid Gas Insulated Switchgear)，又稱緊湊型組合式高壓開關(guān)設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)與 GIS 基本相同，但不包括母線設(shè)備，即母線不裝于 SF6 氣室，而是外露的。s influence on the running safety and reliability also got more and more attention, especially the application foreground of GIS in uhv power grid in our country so that it is increasing attention. In recent years GIS disconnector operation caused by the rapid transient problem bee more prominent, mainly steep wave