【正文】 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(chēng) TRV），隔離開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的快速暫態(tài)過(guò)電壓。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(guò)程也具有不同的波形。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。因此， GIS 中危害較大的快速暫態(tài)過(guò)電壓主要因隔離開(kāi)關(guān)的操作引起的。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。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。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。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(kāi)關(guān)兩端沒(méi)一側(cè)的實(shí)際條件來(lái)決定，如母線長(zhǎng)度、阻抗改變的位置等。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) 。 當(dāng)隔離開(kāi)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。 tK — Tippler 火花常數(shù)， tK =50kV? ns/cm。 對(duì)于稍不均勻電場(chǎng)的 GIS 絕緣系統(tǒng)，其擊穿場(chǎng)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?？梢酝ㄟ^(guò)下面公式近似求得 ?ppElu c)/(/ ?? （ ） 其中： cpE )/( =860kV/(cm 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。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)。 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(lèi)設(shè)備產(chǎn)生很大威脅。 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。幾十 MHz 的高頻振蕩頻率是 VFTO 在 GIS 內(nèi)發(fā)展形成，其過(guò)電 壓的幅值取決于隔離開(kāi)關(guān)觸頭首次擊穿時(shí)隔離開(kāi)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。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。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(guò)架空線傳播到與 GIS 相連的其它電氣設(shè)備上。 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。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(guò)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)。 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。以電容器為例簡(jiǎn)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。當(dāng)電壓升高 10%，電容器的壽命就要縮短 1/2。可使介質(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。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。 隔離開(kāi)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(guò)電壓。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 第二章 GIS 隔離開(kāi)關(guān)操作引起的 VFTO 10 波試驗(yàn)的波頭上升時(shí)間（約 ），而通過(guò) SF6— 油套管傳播引起的高達(dá)數(shù)兆赫的頻率，易在變壓器繞組上產(chǎn)生極不均勻的匝間電壓分布，危害很大。 （ 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(guò)程都會(huì)通過(guò)不同的耦合途徑傳入二次回路中形成暫態(tài)干擾。但是，這種外部暫態(tài)電磁場(chǎng)將影響到 GIS 外部的電子設(shè)備，可在電子電路內(nèi)感應(yīng)電壓或電流。電磁場(chǎng)的頻率取決于 GIS 的具體位置。由于電站內(nèi)的傳導(dǎo)干擾遠(yuǎn)大于輻射干擾，計(jì)算二次電纜上的干擾電壓時(shí)，常常忽略輻射干擾。 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(guò)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)。由于二次設(shè)備與控制室相連，是繼電保護(hù)、控制輸入信號(hào)的載體。 VFTO 的預(yù)防措施及建議 目前針對(duì) VFTO 較高的問(wèn)題，提出了一些抑制措施，其中大多涉及隔離開(kāi)關(guān)本身的設(shè)計(jì)制造問(wèn)題，有的則是 GIS 的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作問(wèn)題?？梢詼p少重燃次數(shù)、縮短燃弧時(shí)間，使出現(xiàn)快速暫態(tài)過(guò)程的幾率減少，也可以在一定程度上降低過(guò)電壓幅值 （ 2）在保持電場(chǎng)基本均勻或稍不均勻、不破壞開(kāi)關(guān)絕緣的完整性的前提下，適沈陽(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 11 當(dāng)增加觸頭間的不對(duì)稱(chēng)（如不對(duì)稱(chēng)度為 15%），以降低殘余電荷。 （ 3）在觸頭 之間裝設(shè)分合閘電阻。 （ 4）采用氧化鋅避雷器保護(hù)。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。研究表明，接地開(kāi)關(guān)動(dòng)作能把 VFTO 峰值有效限制在 。 沈陽(yáng)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。 1984 年以后， EMTP 程序主要分為兩個(gè)分支，一支以 DCG 為代表，試圖將 EMTP 程序商業(yè)化；另一支即 ATP— EMTP，他繼續(xù)保持 EMTP 程序的可免費(fèi)性使用。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(kāi)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)。 標(biāo)題文本：標(biāo)題文本在主視窗情況下啊的程序名和在電路視窗情況下的當(dāng)前電路名。 從主菜單可以選擇所有 ATP 軟件提供功能。 Objects：編輯幫助文件，為模型以及用戶(hù)指定的對(duì)象創(chuàng)建新的文件 Tools：圖標(biāo)編輯器，幫助文件編輯器，文本編輯器，各種程序選項(xiàng)的設(shè)置 Window：電路文件的安排，地圖窗口 Help： 關(guān)于盒子和視窗幫助文件系統(tǒng) 電路的搭建和參數(shù)的設(shè)置 以圖 為例進(jìn)行電路的搭建 圖 （ 1） 打開(kāi)主菜單選擇新的命令，創(chuàng)建一個(gè)新的電路窗口 （ 2） 電源：直流電源從下面選擇電源導(dǎo)線，如圖 所示 圖 直流電源的選擇 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電磁暫態(tài)程序 EMTP 14 電阻和電感 依照電源 在原件菜單中選擇 Branch Linear，然后依次選擇 Resistor 和Inductor 原件 按照?qǐng)D 連接到一起得到 （ 3） 我們想測(cè)流過(guò)半導(dǎo)體電橋的電 流。在原件菜單中選擇 Probes﹠ 3phase 和 probe Volt de 得到 按上述會(huì) 很簡(jiǎn)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。 ATP 文件可以通過(guò) ATP 菜單選擇make file 命令。 這些參數(shù)的缺省值在 文件 中已經(jīng)給出 。設(shè)置好后運(yùn)行 ATP 一次點(diǎn)擊 run ATP、 Make file as、 plot XY 得 圖 ATP得到的選擇節(jié)點(diǎn)仿真 例如我們選擇 v:vs 電擊 Plot 得到如圖所示波形 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電磁暫態(tài)程序 EMTP 16 圖 在 ATPD raw 中按 F3，在 setting 里選擇 Frequency scan 我們還以通過(guò)對(duì)參數(shù)的設(shè)置得出頻域波形。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。 （ 1） 集中原件電感 L 電感的電路模型如圖 所示。為此把（ ）式改寫(xiě)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(xiě)成 沈陽(yáng)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(xiě)為 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?ttutuRttIti mkLLkm ??????? 1 （ ） 根據(jù)（ ）式還可以得到圖 所示的等值電路。 ? ?ttIL ?? 是電感在暫態(tài)計(jì)算時(shí)的等值電流源，它可根據(jù) tt ?? 時(shí)刻電感的電流和端點(diǎn)電壓由（ ）式求得。 根據(jù)電感的暫態(tài)等值計(jì)算公式可以畫(huà)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 ?? 。則，電容 C 上 電壓和電流關(guān)系可表示為 ikm(t) m k + uL(t) uk (t) um(t) uk(t) ikm(t) k m RL=2L/Δ t um(t) iL(tΔ t) 沈陽(yáng)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 19 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?dt tutudCdt tduCti mkCkm ??? （ ） 或?qū)懗煞e分形式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????? ttt kmmkmtdttiCttuttututu 1 （ ） 運(yùn)用梯形公式，由上式可以得到 ? 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