1 SF6封閉式組合電器中的特快速暫態(tài)現(xiàn)象
近年來，GIS在國(guó)際上得到了廣泛應(yīng)用。然而運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，GIS隔離開關(guān)在例行操作時(shí)不僅會(huì)在GIS主回路引起對(duì)地故障[1,2]，而且還會(huì)造成相鄰設(shè)備(如變壓器等)的絕緣損壞[3]。
因此國(guó)內(nèi)用戶對(duì)這一問題的關(guān)切程度也在增加，本文在這方面做了一些工作，這里作簡(jiǎn)要的介紹。
當(dāng)隔離開關(guān)兩側(cè)電壓Va高于VR時(shí)隔離開關(guān)被擊穿，過渡過程完成后，隔離開關(guān)兩側(cè)電位基本相等，電弧熄滅，電路原理如圖2所示。由于負(fù)荷側(cè)母線泄露電阻很大，所以保持熄弧瞬間電壓V1不變，在示波圖上表現(xiàn)為一段水平直線。而電源側(cè)電壓隨電源Vs而變。當(dāng)它們的差值Va再次超過VR時(shí)，隔離開關(guān)復(fù)燃。這一過程會(huì)在隔離開關(guān)打開的過程中不斷發(fā)生。對(duì)于合閘操作，機(jī)理也完全相同。 在每一個(gè)電壓跳變處將產(chǎn)生一個(gè)階躍電壓波，對(duì)正常設(shè)計(jì)的GIS，估計(jì)這一上升時(shí)間最快可達(dá)3ns[4]。由于這一過電壓的上升速率極快，因此被稱做陡波前過電壓（Very Fast Front Overvoltage 簡(jiǎn)稱VFFO），也有些文獻(xiàn)稱這種過電壓為特快速暫態(tài)過電壓（Very Fast Transients Overvoltage 簡(jiǎn)稱為VFTO）。這樣的階躍電壓波不斷地產(chǎn)生、來回地傳播，并且發(fā)生復(fù)雜的折射、反射和疊加就構(gòu)成了GIS中的（Very Fast Transients）現(xiàn)象。
2 試驗(yàn)簡(jiǎn)介
試驗(yàn)方式1是用被試隔離開關(guān)DT開合一段短負(fù)荷母線（DT與DA之間的母線）。在進(jìn)行合閘操作前，負(fù)荷側(cè)母線必須充以表1規(guī)定的直流電壓，然后直流電壓源用輔助隔離開關(guān)DA斷開。由于GIS母線泄露電阻很大，負(fù)荷側(cè)母線將保持這一電壓不變，這時(shí)將電源側(cè)（DT左側(cè)）電壓升至試驗(yàn)電壓，最后關(guān)合被試隔離開關(guān)DT。
由于負(fù)荷側(cè)母線已經(jīng)預(yù)充了負(fù)的直流電壓，隔離開關(guān)將在電源側(cè)電壓峰值處附近擊穿，產(chǎn)生VFFO。開斷試驗(yàn)時(shí)，DA打開，DT處于合閘位置，電源電壓升至，打開DT即可。
需要說明的是，在隔離開關(guān)開斷時(shí)，隨著隔離開關(guān)觸頭距離的增加，擊穿電壓也在不斷上升，所以最后階段重燃的過電壓是最高的（參見圖1）。其極限情況是最后一次重燃前負(fù)荷側(cè)母線殘留電壓為相電壓峰值，而最后一次重燃又正好發(fā)生在電源側(cè)電壓反極性峰值處，但這種概率是不大的。而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的關(guān)合試驗(yàn)條件考慮的即為這一苛刻狀況，也就是說在方式1中，合閘產(chǎn)生的過電壓相對(duì)來說比較穩(wěn)定，這是由于負(fù)載側(cè)預(yù)充了直流電壓。而分閘過電壓隨機(jī)性比較強(qiáng)，合閘過電壓比分閘過電壓要高。
IEC61259對(duì)此項(xiàng)試驗(yàn)規(guī)定了三種試驗(yàn)方式，但若對(duì)三種試驗(yàn)方式都進(jìn)行試驗(yàn)是非常困難的（具體要求參見文獻(xiàn)[5,6]。由于只有試驗(yàn)方式1是強(qiáng)制性的，因此只對(duì)方式1進(jìn)行了試驗(yàn)。
此次500kV GIS 隔離開關(guān)共進(jìn)行了200次關(guān)合試驗(yàn)和100次開斷試驗(yàn)，取得了大量的數(shù)據(jù)。其中測(cè)得的******過電壓出現(xiàn)在合閘負(fù)荷側(cè)，為1189kV（2.4p.u.）。具體情況參見文獻(xiàn)[7]。
3 計(jì)算模型的確定
3.1 計(jì)算模型
研究表明利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算是比較有效的[8]，只是在計(jì)算前必須根據(jù)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，試驗(yàn)回路或變電站的具體情況，對(duì)模量損耗電阻、接地電阻等計(jì)算參數(shù)進(jìn)行一定的假設(shè)，并且通過計(jì)算和實(shí)測(cè)來校正這些假設(shè)，最終才能達(dá)到比較準(zhǔn)確的計(jì)算。
EMTP程序包含有對(duì)有耦合的平行多導(dǎo)體系統(tǒng)暫態(tài)過程的計(jì)算，它采用相模變換方法，把有耦合的各平行導(dǎo)體相量上的傳輸參數(shù)變換成無耦合的各模量上的傳輸參數(shù)，據(jù)此利用Bergeron法求出模量上的暫態(tài)過程解，再反變換求出相量上的暫態(tài)過程解。
利用EMTP程序進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須輸入模量參數(shù)。本文使用電纜/GIS參數(shù)計(jì)算程序及EMTP程序?qū)?guó)外某公司試品進(jìn)行了模擬計(jì)算，并與其實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
通過對(duì)比計(jì)算可以得出結(jié)論：利用GIS參數(shù)計(jì)算程序得出的衰減電阻太小，可能是因?yàn)閂FFT過程十分復(fù)雜，只通過簡(jiǎn)單的理論計(jì)算很難真實(shí)地反映GIS中的各種損耗。所以需要通過試驗(yàn)和計(jì)算的對(duì)比來調(diào)整參數(shù)的設(shè)置，才能使計(jì)算比較真實(shí)。本文采用了加大衰減電阻的方法使計(jì)算波形與實(shí)測(cè)波形從整體上看比較相似。
3.2 模擬計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
此次試驗(yàn)（方式1）的典型關(guān)合示波圖見圖3、圖4。圖3中1號(hào)線為負(fù)荷側(cè)VFFO 波形，2號(hào)線為電源側(cè)VFFO波形，圖4為隔離開關(guān)關(guān)合全過程示波圖。其中1號(hào)線為電源側(cè)電壓Vs，2號(hào)線為負(fù)荷側(cè)電壓V1。
需要說明的是圖4中負(fù)荷側(cè)電壓（2號(hào)線）在隔離開關(guān)熄弧后并沒有保持一條直線，這是由于測(cè)量系統(tǒng)的輸入阻抗造成的衰減。
圖5是經(jīng)過多次調(diào)整后模擬計(jì)算的負(fù)荷側(cè)VFFO波形，與圖3的實(shí)測(cè)結(jié)果（1號(hào)線）從整體上看比較相似。計(jì)算過電壓為2.34p.u.,比實(shí)測(cè)******過電壓小3%。 4 多次重燃的研究
對(duì)隔離開關(guān)開合全過程進(jìn)行重燃計(jì)算需要知道隔離開關(guān)斷口的擊穿特性，但這種數(shù)據(jù)以前是沒有的。本文在被試隔離開關(guān)上進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，并將隔離開關(guān)的分合閘特性也考慮了進(jìn)去，也力圖比較真實(shí)地反應(yīng)出開合重燃的全過程。
在將擊穿電壓與分合時(shí)間的關(guān)系轉(zhuǎn)換為EMTP的輸入數(shù)據(jù)后對(duì)隔離開關(guān)3種試驗(yàn)方式的重燃過程進(jìn)行了計(jì)算。
綜合計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：對(duì)于合閘，方式1的過電壓最高；而分閘方式2是非?？量痰?；無論是合閘還是分閘，方式3產(chǎn)生的過電壓都是最低的，因此方式3并不是考核隔離開關(guān)產(chǎn)生的過電壓，只是為了考核隔離開關(guān)開合電容電流的能力。在表1中也可以看到，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方式3試驗(yàn)電壓并未乘以1.1也是這個(gè)原因。
另外計(jì)算發(fā)現(xiàn)，方式2中分閘的最后階段斷口兩側(cè)的電位差（并非對(duì)地過電壓）非常高，在一個(gè)算例中達(dá)到了3.0p.u.(494×3=1482kV)，而且理論上可能會(huì)更高。因此，隔離開關(guān)斷口的絕緣耐受強(qiáng)度必須足夠大才能完成方式2的開斷。
另外通過模擬發(fā)現(xiàn)，在方式2的試驗(yàn)中，如果在剛剛進(jìn)行完開斷操作而且短母線上殘留有電荷，再馬上關(guān)合隔離開關(guān)，這時(shí)將是十分危險(xiǎn)的。因?yàn)槿绻P(guān)合相位正好是工頻電壓的峰值，產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓將非常高。對(duì)這種情況進(jìn)行了模擬，在這一計(jì)算例中產(chǎn)生的暫態(tài)電壓峰值為2.32p.u.(還有可能更高)。
可以看到，隔離開關(guān)產(chǎn)生的過電壓值比標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓耐受水平低，但是由于其上升率比較高，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)還是應(yīng)該盡量避免產(chǎn)生高的VFFO。如果有接地開關(guān)，可以在關(guān)合隔離開關(guān)之前先用接地開關(guān)把短母線上面的電荷放掉，這樣就可以把過電壓控制在一定的范圍內(nèi)。
5 結(jié)論
本文在實(shí)際隔離開關(guān)上通過試驗(yàn)獲得了隔離開關(guān)擊穿電壓與分合時(shí)間的關(guān)系特性，并以此為依據(jù)進(jìn)行了隔離開關(guān)重燃的數(shù)值研究，這在國(guó)內(nèi)尚屬首次。這一特性的獲得可以提高多次重燃模擬的準(zhǔn)確性和可信度，它對(duì)推進(jìn)隔離開關(guān)重燃的深入研究具有一定的意義。
對(duì)GIS及隔離開關(guān)進(jìn)行類似試驗(yàn)十分困難且具有很大的局限性，計(jì)算機(jī)可以比較好地對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行模擬計(jì)算。本文通過大量對(duì)比計(jì)算對(duì)GIS建立了計(jì)算模型，與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比表明計(jì)算的比較準(zhǔn)確。
計(jì)算表明，試驗(yàn)方式2是比較苛刻的，開斷時(shí)對(duì)隔離開關(guān)斷口考核很嚴(yán)，關(guān)合時(shí)可能產(chǎn)生比方式1關(guān)合時(shí)更高的過電壓。 |
| |
|
