【正文】 front overvoltage (VFTO) in GIS39。近年來 GIS 隔離開關(guān)操作引起的快速暫態(tài)問題更加突出，主要是以 GIS 中陡波前過電壓（ VFTO）對(duì)設(shè)備本身及相鄰設(shè)備的影響，因此通過 VFTO 的計(jì)算以指導(dǎo)超、特高壓 GIS絕緣設(shè)計(jì)。其次，確定 GIS 的操作方式，根據(jù)有關(guān)的論文資料以及電站的電氣接線特點(diǎn)確定 GIS 的具體操作方式。EMTP。計(jì)入地皮費(fèi)、土方開挖費(fèi)用后，變電站總投資估計(jì)比用 GIS 省 45%～ 50%，比用 AIS 貴約 30%左右。 GIS 中 VFTO 的危害實(shí)例 （ 1） 1992 年廣東大亞灣核電站在調(diào)試過程中，進(jìn)行切合空載變壓器的例行操作時(shí)，由于特快速暫態(tài)過電壓引起 3 350MVA 主變壓器一相主絕緣被擊穿。 GIS 技術(shù)的應(yīng)用也將從 1 2 500kV 應(yīng)用于750kV、 1000kV 甚至更高電壓等級(jí)的輸電系統(tǒng) 。縣長實(shí)測，確實(shí)是最可靠的，實(shí)測結(jié)果固然比較可靠，但代價(jià)卻太高，并且由于安全、測量設(shè)備精度等方面的原因，所以此方法并沒有計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用廣泛。 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 5 第二章 GIS 隔離開關(guān)操作引起的 VFTO GIS 中特快速暫態(tài)現(xiàn)象的分類 GIS 中快速暫態(tài)現(xiàn)象來源于隔離開關(guān)、斷路器的例行操作及接地故障，是操 作或故障時(shí)的電弧重燃引起的。因此， GIS 中危害較大的快速暫態(tài)過電壓主要因隔離開關(guān)的操作引起的。初始行波的上升時(shí)間和幅值對(duì)最后形成的 VFTO 波形有一定影響，而行波的幅值則由擊穿瞬間隔離開關(guān)兩端沒一側(cè)的實(shí)際條件來決定，如母線長度、阻抗改變的位置等。 對(duì)于稍不均勻電場的 GIS 絕緣系統(tǒng)，其擊穿場強(qiáng) lu/? 很高，因而由公式（ ）所求得的階躍行波的上升時(shí)間 rt 就非常小。 VFTO 具有一定幅值，而且上升時(shí)間很短，波頭的陡度很大，尤其對(duì)主變等電感類設(shè)備產(chǎn)生很大威脅。出現(xiàn)在架空線路與地之間，也出現(xiàn)在 GIS 金屬外殼與地之間，同時(shí)，它還通過架空線傳播到與 GIS 相連的其它電氣設(shè)備上。以電容器為例簡述熱老化效應(yīng)的危害，電容器的絕緣介質(zhì)工作壽命與有機(jī)絕緣材料老化的一邊規(guī)律相符，即 ???AUZ (） 式中， Z—— 絕緣介質(zhì)的工作壽命； U—— 電容器的工作電壓； ? —— 取決于介質(zhì)材料與結(jié)構(gòu)的指數(shù)，一般取 7～ 9。 隔離開關(guān)觸頭間隙擊穿電壓瞬間產(chǎn)生的階躍行波傳到變壓器時(shí)，相當(dāng)于在變壓器端部施加了一個(gè)陡波頭電壓波，可能在變壓器繞組內(nèi)部激發(fā)起極高的諧振過電壓。電磁場的頻率取決于 GIS 的具體位置。 VFTO 的預(yù)防措施及建議 目前針對(duì) VFTO 較高的問題，提出了一些抑制措施，其中大多涉及隔離開關(guān)本身的設(shè)計(jì)制造問題，有的則是 GIS 的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作問題。要注意每個(gè)避雷器對(duì) VFTO 的保護(hù)距離有限，可能需要幾個(gè)避雷器才能保護(hù)整個(gè) GIS。對(duì)于 PC 機(jī)的版本，該軟件能處理 3000 個(gè)之路的電路、 3000 個(gè)節(jié)點(diǎn)、1200 個(gè)開關(guān)、 340 個(gè)電源、 460 個(gè)非線性原件、 45 個(gè)同步發(fā)電機(jī)。在原件菜單中選擇 Probes﹠ 3phase 和 probe Volt de 得到 按上述會(huì) 很簡單的把電路搭建成功，搭建好之后我們要進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，下面我們以電壓源為例 用鼠標(biāo)左鍵雙擊電壓源會(huì)出現(xiàn)如下圖所示窗口 圖 我們要在這里對(duì)電壓源的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置設(shè)置好之后電擊 OK，其余原件的參數(shù)設(shè)置基本相同。只有對(duì)各元件進(jìn)行合理的近似等效才能使數(shù)值計(jì)算結(jié)果 更加準(zhǔn)確。 根據(jù)電感的暫態(tài)等值計(jì)算公式可以畫出如圖 所示的等值計(jì)算電路，電路中只包括電阻 R 和電流源 ? ?ttIL ?? 。 500KV 以上的電壓系統(tǒng)中 n=4；220KV 等級(jí)一下的電壓等級(jí)系統(tǒng)中 n=3； 750KV 電壓等級(jí)系統(tǒng)中 K=800； 500KV 電壓等級(jí)系統(tǒng)中 K=940； 110KV 等級(jí)的電壓等級(jí) K=540。本文涉及到的斷路器為雙斷口斷路器，每個(gè)斷口的極間電容為 1040pF。電站地下廠房安裝 4臺(tái)單機(jī)容量為 300MW 的單級(jí)立軸混流可逆式機(jī)組，總裝機(jī)容量為 1200MW。同時(shí)由于 VFTO 對(duì)變壓器的影響主要是其高頻振蕩分量對(duì)主變?cè)验g絕緣的影響，從頻譜圖上可以看出這個(gè)過電壓的頻率集中在 ~3MHz，根據(jù)文獻(xiàn) [7]這個(gè)頻率段的 VFTO 幅值并不高，不足以引起變壓器的匝間擊穿。最后通過電磁暫態(tài)程序分析，得出 VFTO 的幅值，從而確定是否會(huì)對(duì)設(shè)備本身以及相鄰設(shè)備造成危害，以此來指導(dǎo) GIS 的絕緣設(shè)計(jì)。北京：中國電力出版社， 1999 [5]黎斌。重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2020，15（ 3）。限制 GIS 中隔離開關(guān)操作引起過電壓的研究。 [12]劉青。 1985 [7]He Baina， Liu Xin， Xu Analysis of Secondary Arc Extinction Characteristics on UHV Transmission Lines[J].2020 international conference on high voltage engineering and application,2020 [8]Lin Xin ,Geng Zhenxin,Xu jianyuan,et of Series Reactor on Shortcircuit Current and Transisent Recovery Voltage[J].ICHVE 2020 [9]金華峰。特高壓線路上潛供電弧熄滅特性的分析。 幅值 位置 CB11 CB11 CB12 CB12 CB21 CB12 CB12 CB21 CB12 CB12 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章 總結(jié) 32 第五章 總結(jié) 本課題以 550kV 黑麋峰抽水蓄電站為研究背景，通過對(duì)不同運(yùn)行工況下的 VFTO幅值進(jìn)行研究，從而指導(dǎo) GIS 絕緣的設(shè)計(jì)。 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 25 229732540DS73 96DS CB31 10DS CB31 101052052 281 222 00DS16 40DS71 40DS CB31 10DS CB:3110DS274303442 30DS11CB11DS12DS13CB12DS14DS21CB21DS2245 00DS23CB22DS24DS1DS2DS3 DS4MOA1MOA2 圖 550kV變電站電氣主接線意圖 550KV GIS 電氣接線及隔離開關(guān)的操作方式 根據(jù)上面的電氣主接線圖和 GIS 的布置圖可以得到變電站的操作示意圖。而在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況下，出現(xiàn)這種情況的概率非常小。本文研究的 VFTO 的產(chǎn)生過程是以納秒為單位，而 DS 動(dòng)作速度較低（通常低速隔離開關(guān)的運(yùn)動(dòng)速度為 3～10cm/s），因此納秒級(jí)下無需考慮 DS 觸頭分合速度對(duì) GIS 暫態(tài)過程的影 響。 經(jīng)過遞推計(jì)算，得到如下的電容等值電流源遞推公式 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?ttuttuRttIttI mkCCC ???????????? 22 （ ） a) b) 圖 電容的等值計(jì)算電路模型 （ 3） 集中電阻原件 R 對(duì)于集中的電阻原件 R，如圖 所示。為此把（ ）式改寫成從?t?到 t 的積分形式，即 ? ? ? ?? ??? ???ttttttLkm dttuLtdi1 （ ） 即 ? ? ? ? ? ???????? tttLkmkm dttuLttiti1 （ ） 對(duì)式（ ）右邊用梯形法進(jìn)行積分后可得 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?tuttuLtttitI LLkmkm ???????? 2 （ ） 考慮到 ? ? ? ? ? ?tututu mkL ?? ，故（ ）式可寫成 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 18 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?tutuLtttuttuLtttiti mmkmkm ????????????? 22 （ ） 令式中 tLRL ??2 （ ） ? ? ? ? ? ? ? ?? ?ttuttuRttittI mkLkmL ??????????? 1 （ ） 則（ ）式改寫為 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?ttutuRttIti mkLLkm ??????? 1 （ ） 根據(jù)（ ）式還可以得到圖 所示的等值電路。 這些參數(shù)的缺省值在 文件 中已經(jīng)給出 。 從主菜單可以選擇所有 ATP 軟件提供功能。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電磁暫態(tài)程序 EMTP 12 第三章 電磁暫態(tài)程序 EMTP 程序主菜單 EMTP(Electro Magic Transient Program)是目前世界上使用最為普遍的電磁暫態(tài)計(jì)算軟件。 （ 3）在觸頭 之間裝設(shè)分合閘電阻。 此外，當(dāng) VFTO 在母線上傳播時(shí)，會(huì)因二次設(shè)備與高壓母線間的分布電容而耦合到二次電纜的芯線上，通過電流互感器（ TA）或者電容耦合式電壓互感器（ CCVT）的一次側(cè)及一次與二次的法拉第屏蔽層之間的寄生電容而容性地耦合到二次側(cè)。 （ 3） 形成對(duì)二次設(shè)備的干擾電壓 變電站中一次回路和二次回路之間存在著電和磁的聯(lián)系，因此，在一次回路發(fā)生的任何形式的暫態(tài)過程都會(huì)通過不同的耦合途徑傳入二次回路中形成暫態(tài)干擾?？墒菇橘|(zhì)損耗增大引起發(fā)熱，使介質(zhì)溫度升高，進(jìn)一步引起分解、碳化等化學(xué)變化，從而導(dǎo)致電容器滲油，甚至爆炸。每一次重燃，就有可能產(chǎn)生 VFTO，并產(chǎn)生由引起的具有一定電壓幅值的快速瞬變過程，于是就有可能使 GIS 內(nèi)部設(shè)備在一個(gè)相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)受千次 VFTO 的考驗(yàn)。幾十 MHz 的高頻振蕩頻率是 VFTO 在 GIS 內(nèi)發(fā)展形成，其過電 壓的幅值取決于隔離開關(guān)觸頭首次擊穿時(shí)隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭間的等效電感和電容值及擊穿后系統(tǒng)的等效電感和電容值。 對(duì)于正常設(shè)計(jì)的 GIS，預(yù)期上升時(shí)間的最小值 minrt 由以下公式進(jìn)行估算 )(/)(m i n nspt r ?? （ ) 氣體壓力為 時(shí)可以估算為 15ns；氣體壓力為 時(shí)僅為 3ns。 當(dāng)隔離開關(guān)發(fā)生擊穿時(shí)，注如網(wǎng)絡(luò)的階躍波具有極高的陡度。隨著時(shí)間的推移，觸頭間隙距離增大，介質(zhì)恢復(fù)電壓 Bu隨之線性增大。因?yàn)?GIS 內(nèi)、外的布局及阻尼效應(yīng)（傳輸損失，集膚效應(yīng)等）不同，沖擊陡波的折射、反射也不同，所以這些瞬變過程也具有不同的波形。我們通過 EMTP，對(duì)電路模型的搭建及仿真 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 最后， VFTO 的計(jì)算。 1998 年國際上還組織了由許多國家實(shí)驗(yàn)室參加的強(qiáng)大研究隊(duì)伍來主攻此課題，并對(duì) VFT 對(duì)一次設(shè)備絕緣影響及對(duì)二次回路和 控制、保護(hù)系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾給予很大的關(guān)注。 由于特快速暫態(tài)過電壓具有上升時(shí)間短，持續(xù)時(shí)間短，電壓變化快，發(fā)生頻率高等特點(diǎn)，對(duì) 繞組電氣設(shè)備的絕緣具有一定威脅，且在支持絕緣子上和開路末端的過電壓幅值較高，容易引起 GID 內(nèi)部的閃絡(luò)的故障。另外，我國也已經(jīng)有相當(dāng)多的大型水電站、火車變電站采用 GIS 作為出線變電站，例如我國 西電東送工程中位于黃河上游的拉西瓦水電站，出線平臺(tái)受該電站所處高山險(xiǎn)谷地理位置的限制，為了減少洞穴開挖的工程量，也將采用氣體絕緣變電站