摘要〕气体尽缘金属封锁开关装备在电力系统获得普遍运用的同时，陪伴而生的陡波过电压问题也逐渐引发人们的注重。论述了陡波过电压发生的机理、特征、传布途径及风险性，分析了陡波过电压的影响身分，提出了避免陡波过电压发生的措施。〔关头词〕气体尽缘金属封锁开关装备；隔脱离关；过电压
近20多年来,气体尽缘金属封锁开关装备(GIS)以其占地少、运行靠得住、维修周期长等优点获得了普遍运用。但其隔脱离关由于分合速度慢及灭弧性能差,在分合操作进程中,触头间隙会发生屡次燃熄弧,引发高频震荡而形成陡波过电压(VFTO),其上升时间短至4～20ns,幅值一般低于3Pu(额定电压)。国外有研究讲明，当电压品级较低时，VFTO的风险甚小,但在一定条件下,VFTO会引发300kV以上的高电压，造成GIS内部或外接装备击穿事故，给电力系统带来很年夜损失。浙江北仑发电厂500kVGIS系统就曾因隔脱离关带电操作引发的陡波过电压使GIS盆式尽缘子对金属套管外表放电。1陡波过电压发生的机理以隔脱离关合上一段不带电的GIS回路为例，后者可以近似看做是一个集中电容。当触头间距离渐渐缩短，电源侧电压到达一定值时，隔脱离关会发生第1次击穿，这一电弧在受触头运动、GIS内SF6气流灭弧等身分影响下，极易熄灭，燃熄弧时间极短。是以，在发生第2次击穿(重燃)时，电容上的残余电压即是前一次燃弧瞬间的电源电压。由于隔脱离关的触头是不合错误称的，故分歧极性电压(因系统电压为交流电压，分歧极性电压即指X轴上下的电压)下的击穿电压也分歧，第2次击穿前触头间的电压差可能高于第1次，过电压也可能比第1次高。可是随着触头间距离渐渐缩短，击穿电压将越来越低，过电压也随之渐渐下降。由于隔脱离关的分合速度太慢(如北仑电厂二期500kVGIS隔脱离关分应时间近10s)，致使这类击穿进程在隔脱离关的一次操作进程中将发生数百次之多，从而发生一连串波头极陡、频度极密的特高频操作陡波过电压。GIS装备被切断后，由上述进程终形成的残余电荷会留在电容上，并连结相当长的时间。在下一次合闸的次击穿时，触头间的电压差往往年夜于1Pu，这会使过电压增高。2特征GIS中所充的SF6气体具有很高的尽缘强度，是以间隙距离比在同电压品级下的空气间隙小得多。当隔脱离关触头发生击穿时，起弧进程很是迅速，使注进网络的电压波形具有极高的上升(下降)陡度，且上升(下降)时间仅4～20ns。这个电压波在距离很短的GIS系统内传递，发生屡次折射与反射，形成含有多个频率的震荡波，其中包括3个主要频率：(1)1MHz左右的基本震荡频率，由整个系统决议，包括GIS及相邻装备，主要由电源侧和负载侧的电感和电容震荡形成，其幅值不高，对GIS的尽缘不造成威胁。(2)几十兆赫的高频震荡，由陡形波在GIS内成长形成，其值取决于隔脱离关触头第1次击穿时刀闸二极间的等效电感和电容值及击穿后系统的电感和电容值，它是VFTO的重要部门，影响着GIS的尽缘水平。(3)更高赫兹的特高频震荡，这是由陡形波在GIS内相邻部件间折反射形成的，凡是幅值较低。3传布陡波过电压的传布是一种行波进程。由于波头陡度年夜，即使在相距很近的2个装备上，过电压也会有较着的差异，避雷器几近没有庇护作用。行波在GIS中传布时，高频电流的极肤效应使电磁波被限制在导体的外概况和外壳的内概况。当行波传布到GIS与排挤线路相连处时，电磁波的一部门会沿着套管的载流体传输到排挤线上，若是排挤线很短，VFTO仍会作用在相关的装备(如变压器)上；而电磁波的另外一部门则沿着GIS外壳对地组成的电路传输，使外壳对地电位升高，这类由外壳传输的陡波过电压称为暂态电位升(TEV)。4VFTO的影响身分4.1残余电荷电压VFTO幅值倍数的一个直接影响身分是残余电荷电压。图1给出了母线侧、电源侧的VFTO与残余电荷电压的关系曲线，它们近似呈线性关系。残余电荷电压越高，VFTO越高。当残余电荷电压为0时，电源侧VFTO幅值为1.3Pu；当残余电荷电压为0.8Pu时，VFTO幅值高达2.7Pu。残余电荷电压与负载侧电容电流年夜小、隔脱离关分合闸速度和母线上的泄漏有关，其中，电容电流的影响年夜。开断前电容电流越年夜，负载上贮存的电荷越多，泄漏越慢，因而残余电荷电压越高；当它与电源侧电压反极性时，燃弧前触头间的电压差随残余电荷电压的增高而增年夜，使得发生的VFTO幅值增高。表1给出了IEC对各类电压品级GIS切合小电容电流的要求。从表中可看出当电压品级年夜于300kV时，电容电流从0.2增年夜到0.,这会使残余电荷电压升高，从而使得GIS系统内VFTO的幅值增加,这是300kV以上电压品级GIS易于发生VFTO而引发故障的缘由。4.2变压器进口电容图2给出了变压器分歧进口电容值时的VFTO值。由图可知，VFTO的倍数随着进口电容的增加而升高。这是由于在隔脱离关燃弧前，变压器的等值电容存储了一定的电荷，触头击穿后电容放电而至。变压器进口电容值越年夜，存储的电荷越多，因而过电压倍数越高，VFTO的幅值就越高。变压器的进口电容与它的电压品级、容量和结构有关。电压品级越高、变压器额定功率越年夜，进口电容就越年夜。表2为分歧电压品级下变压器进口电容的范围，由表可知，变压器进口电容随其电压品级的升高而增年夜。所以随着电压品级的增高，变压器进口电容增年夜，使得VFTO的倍数增年夜，这也是300kV以上GIS易于发生VFTO而引发故障的另外一个主要缘由。4.3尽缘配合水平表3给出了分歧电压品级下的尽缘配合尺度。在300kV以下，系统的雷电冲击尽缘耐受水平高，年夜于4.0Pu；对于300kV以上的GIS，冲击尽缘耐受水平较低，小于3.6Pu。而300kV以上GIS的VFTO幅值倍数又相对较高，所以在一定条件下VFTO会引发300kV以上GIS装备事故。另外，GIS的安插、内部结构、接线方式及外接装备对VFTO也有影响，而隔脱离关的分合闸性能对VFTO的高频振荡频率也有影响。5陡波过电压的风险性变压器遭到VFTO的影响年夜。在遭到陡波过电压作用时，会有2种影响：一是在隔脱离关触头击穿霎时间发生的陡波传布到变压器时，在变压器端部加上了一个陡波波头，对与GIS系统距离比力近的变压器，其陡波上升时间可能只有几十毫微秒，远远低于雷电冲击实验时的波头上升时间(约0.5祍)，从而在变压器绕组上发生极不平均的匝间电压散布。对与GIS相距较远的变压器，传递到的陡波波头趋于平缓，与雷电冲击波相近。二是高频震荡波可能在变压器内部造成极高的谐振过电压，这一点对与GIS系统相连的变压器都有一样的风险。上述2种影响会致使变压器尽缘的损坏，从而致使变压器事故的发生。隔脱离关在带电操作时，GIS的盆式尽缘子概况将会发生瞬时的放电现象，从而会对在其四周工作的人员组成人身平安方面的威胁。6避免陡波过电压发生的措施有专家建议在隔脱离关触头间并联合闸电阻R，可限制陡波电压。计较成效显示，当合闸电阻R=100绞保鞯愕腣FTO幅值可下降很多，但加进合闸电阻会使机构加倍复杂，增加了容易发生故障的环节，且对已投产装备来说，改造工作量相对较年夜，对此需作进一步认证。为避免此类操作对主变的影响，在保证被隔离的装备能平安靠得住隔离的情况下，北仑电厂提出了带电冷备用的概念,具体是:开关断开,负荷侧隔脱离关断开,电源侧隔脱离关仍在合上位置,这样就能够尽量削减带电侧隔脱离关的操作,从而起到庇护主装备的作用。固然，当开关本体有工作时，电源侧隔脱离关依然必需断开，否则没法工作。是以，这类措施仅适合在开关一次装备没有工作，且有靠得住闭锁装配的情况下才能采用。
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