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2023-07-02
VFTO特性分析及其影响因素
【摘要】：VFTO的幅值与隔离开关触头间电弧重燃电压大小有关，也与被开断的母线上的残余电荷产生的电压值有关，具有随机特性。开断长母线时引起的VFTO幅值较低。而断路器断口间均压电容的增大可造成GIS内部VFTO的幅值有所降低，主变处的过电压幅值也有降低趋势。相比之下，SF6母线波阻抗的大小对VFTO影响略小。GIS外部，高压电缆长度对VFTO幅值影响最大。尤其对GIS内部的暂态过程而言，对VFTO影响更不明显。
由于SF6气体是强电负性气体，经压缩后的耐电强度很高，击穿瞬间气体间隙由绝缘状态向导通状态的跃迁时间极短。因此VFTO的波前很陡，其上升时间通常为3～20ns，绝缘介质的临界击穿场强越高，VFTO的上升时间越短。
GIS的尺寸较常规变电站小得多，波阻抗小，行波速度高，过电压行波在GIS中折射、反射所需时间很短，VFTO有频率很高的高频电压分量。
VFTO的幅值与隔离开关触头间电弧重燃电压大小有关，也与被开断的母线上的残余电荷产生的电压值有关，具有随机特性。目前多数研究认为，大多数情况下最高过电压幅值（标幺值）在2.5pu左右，有时也可能超过3.0pu。
VFTO的频率范围非常广，一般为0.3～100MHz，几十兆赫兹的高频振荡频率是VFTO最重要的部分，是损伤电气设备绝缘的重要因素，决定了GIS的绝缘水平。
因隔离开关分合闸操作而产生的冲击过电压，对GIS主要有以下影响：隔离开关本身由于重燃电弧的作用，可能会发展成接地短路现象；因隔离开关的操作冲击过电压在GIS内传播，反复反射、折射，产生很高的冲击过电压；GIS内部残留金属异物时，如果侵入操作冲击电压，则由于金属异物移动，绝缘性能显著下降，关于GIS内部金属异物导致绝缘性能下降的问题将在后面叙述。
由上述可知，隔离开关操作过电压的产生不仅有隔离开关自身的接地现象，而且冲击波传播到整个GIS的各个角落，经过反复反射，有可能产生极高的冲击过电压。因此，在设计GIS时，应理论计算分析快速暂态过电压，确定设备的绝缘性能大于过电压。改善隔离开关充电电流的开合特性，改善断口间电极形状，在设计计算中既考虑分闸过程中的绝缘性能，又考虑即使发生重燃也不产生接地现象。
另外，除去GIS中的金属异物也很重要。金属异物的悬浮与运动状态和隔离开关的操作过电压有关，它会影响SF6气体的绝缘性能。
随着电压等级的提高，GIS本身结构的变化使VFTO幅值增加，而绝缘耐受水平裕度却在减小，同时变压器出口电容会增大，母线残余电荷电压增加，综合以上三个因素将会对特高压系统带来新的考验。
特高压GIS电容电流较大，母线上残余电荷点电压较高，两者基本呈线性关系。残余电荷电压由隔离开关重燃时刻决定，控制重燃时刻可以抑制残余电压的大小。另外，应从加快残余电压的泄漏着手，减小残余电荷。其次，断路器和被开断母线长度对VFTO幅值也存在一定影响。开断长母线时引起的VFTO幅值较低。而断路器断口间均压电容的增大可造成GIS内部VFTO的幅值有所降低，主变处的过电压幅值也有降低趋势。相比之下，SF6母线波阻抗的大小对VFTO影响略小。
GIS外部，高压电缆长度对VFTO幅值影响最大。长电缆可加速暂态过程的衰减，限制VFTO陡度，使传播到主变处的VFTO振荡频谱降低。相比而言，套管等效电容的变化对VFTO幅值影响不大，随着电容值的增大，VFTO幅值略有上升。尤其对GIS内部的暂态过程而言，对VFTO影响更不明显。
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