09-刘卫东-gis特快速暂态过电压vfto_293101871

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1、GIS特快速暂态过电压VFTO刘卫东岳功昌清华大学电机系2011年09月02日1.电力系统的过电压超过系统额定运行电压幅值的异常电压升高，称为过电压。过电压决定了电力系统的绝缘配合。过电压的主要形式：工频过电压；雷电过电压或大气过电压；操作过电压。过电压形式过电压幅值和变化速度过电压幅值通常表示为过电压倍数，即过电压幅值与系统额定工频相电压幅值的比值。过电压变化速度表示为陡度、频率等特征量。IEC标准和国家标准（GB）规定了雷电过电压和操作过电压等典型过电压标准波形。过电压幅值和变化速度有一些类型的操作过电压，如真

2、空开关开断电感性负载时的重燃过电压，又如GIS隔离开关开断空载短母线时的特快速暂态过电压VFTO，它们波形复杂，变化速度快，目前还没有标准的波形。真空开关多次重燃过电压过电压变化速度的影响过电压变化速度影响绝缘介质击穿特性，如雷电耐压通常高于工频耐压。高陡度过电压可在绝缘结构中不均匀分布，导致局部电场加强，对变压器、电抗器和电机等绕组型设备的危害尤为严重。高陡度过电压对绕组匝间绝缘的危害高陡度的过电压在绕组上不均匀分布，使端部匝间绝缘承受高的过电压。高陡度过电压的危害不仅和过电压幅值，还和跳变幅值有关。电压绕组匝数

3、金属封闭气体绝缘变电站GIS2.GIS的特快速暂态过电压VFTO长治1000kVGISGIS的隔离开关切合空载短母线产生VFTO产生机理——DS分闸过程的VFTO空载母线上的残余电荷和残余电压电源侧工频电压产生机理——DS合闸过程的VFTO隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程

4、隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程隔离开关合闸操作的短母线上的VFTO过程VFTO的特点特点1—高陡度：上升时间在数ns量级，高频分量达数十MHz量级；特点2—高幅值：根据理论分析，最大可接近3p.u.；特点3—多次数：隔离开关动作速度较慢，一次操作可以产生数十次。特点4—随机性：每次操作不重复，过电压呈概率分布。隔离开关操作的VFTO的特殊性断路器和隔离开关操作都会发生重燃，产生VFTO，但隔离开关的VFTO尤为严重，原因在于：空载母线存在残余电压，能够出现工频峰峰值

5、电压击穿，产生高幅值过电压；隔离开关动作速度慢，击穿次数和过电压次数多，出现高幅值过电压的概率大。EHV和UHVGIS中VFTO的问题各个电压等级的GIS都存在VFTO。随着电压等级提高，绝缘裕度减小，VFTO的危害增大。对于UHVGIS/HGIS，VFTO幅值可能超过其雷电耐受电压，绝缘配合问题存在疑问。VFTO造成电磁干扰和暂态地电位(TEV)升，严重影响二次设备安全运行。VFTO的主要抑制措施常规的避雷器存在保护范围和响应速度的限制，不能有效抑制VFTO，尤其难以抑制VFTO的高陡度。并联电容和串联电感可以抑

6、制VFTO，但它们体积庞大，安全性低，无法在GIS中实现。VFTO的主要抑制措施带分合闸电阻隔离开关，可有效抑制VFTO，但结构复杂、体积庞大、价格昂贵，影响可靠性。隔离开关带分合闸电阻（500Ω）；快速操动机构（1.5m/s)。平高电气公司1000kVGIS隔离开关隔离开关不带分合闸电阻；慢速操动机构（0.5m/s)。西开电气公司1000kVGIS隔离开关缺少试验测量结果，实际情况不详；有大量仿制分析，缺少试验验证，结果差异较大；各方观点差异较大，缺少充分根据；在绝缘配合和抑制措施上偏保守，增大投资费用；在特高压

7、示范线路运行中暂时禁止隔离开关操作。1000kVGISVFTO问题现状3.VFTO测量为了全面研究和了解VFTO，国家电网公司在国网电科院（武汉）特高压交流基地建立了1000kVGISVFTO试验模型，由平高电气和西开电气分别提供一个试验装置。清华大学负责VFTO测量系统的研制和现场测量工作。特高压GIS试验模型特高压GIS试验模型接线和测点布置操作过程：短母线充直流；分DS1；合DS2（测合闸VFTO）；分DS2（测分闸VFTO）。测点1测点2测点3测点4测点5DS1DS2ES1ES2直流侧套管交流侧套管分支母线

8、短母高频频率特性：高频、高陡度分量的测量，要求测量系统的高频特性达到100MHz；低频频率特性：工频和阶梯波分量的测量，要求测量系统的低频特性达到准直流；长过程：多次击穿的全过程持续数个工频周期，有效要捕获最大过电压，要求测量系统同时满足高速采样和高记录深度。多测点同步测量：得到GIS中VFTO的空间分布。测量技术要求测量技术要求抗干扰：隔离开关的断口在接近