高向飛

摘 要：隨著社會的進(jìn)步，電力系統(tǒng)的發(fā)展越來越完善，接入的負(fù)載功率也越來越大，隨之對電網(wǎng)的損耗有很大的影響，高功率的負(fù)荷用電，使人們對開關(guān)的要求也越來越高，封閉式組合電器隔離開關(guān)的過電壓得到了關(guān)注，不斷地深入研究。文章將對封閉式組合電器隔離開關(guān)產(chǎn)生的過電壓進(jìn)行全面的解釋及分析。

關(guān)鍵詞：過電壓；電力系統(tǒng)；負(fù)荷；組合電器隔離開關(guān)

1 過電壓種類及其危害

1.1 過電壓的分類

（1）大氣過電壓：大氣過電壓的持續(xù)時間比較短，但是在短時間內(nèi)具有較強(qiáng)的沖擊性，這與雷擊的強(qiáng)度有直接的關(guān)系。設(shè)備的電壓的等級不存在關(guān)系影響。

（2）諧振過電壓：是由于系統(tǒng)的諧振回路引起的，這一過電壓持續(xù)的時間較長，而且倍數(shù)較高。

（3）工頻過電壓：工頻過電壓是較其他類型的過電壓持續(xù)時間長，但是倍數(shù)不高，對設(shè)備的損壞程度較小。它的產(chǎn)生是由于電容效應(yīng)及電網(wǎng)運行方式在長線路中突然改變造成的。

（4）操作過電壓：是人為的對電網(wǎng)開關(guān)的操作造成的，其有一定的隨機(jī)性，而且不同情況下過程電壓的倍數(shù)也不相同。

（5）暫態(tài)過電壓：暫態(tài)過電壓是電力系統(tǒng)重新達(dá)到暫時穩(wěn)定狀態(tài)下出現(xiàn)的電壓，是由于斷路器的操作或者發(fā)生短路造成的。

1.2 各種過電壓帶來的危害

（1）雷擊過電壓：由于雷擊造成的過電壓是設(shè)備損壞原因，其可以通過網(wǎng)絡(luò)耦合等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)移。雷擊過電壓分為縱向過電壓和橫向過電壓。

（2）操作過電壓：在真空斷路器切斷電流的過程中，由于斷路器斷口的間距較小，往往帶來的后果是使得弧隙間發(fā)生擊穿。其自身的電壓升高，從而發(fā)生了第二次重燃現(xiàn)象。并且經(jīng)過多次充放電之后，觸頭間的回復(fù)電壓和負(fù)載端的電壓都會相繼升高。在發(fā)生了多次重燃后，便會造成電氣設(shè)備不同程度的損壞。

1.3 暫態(tài)過電壓

運行操作中出現(xiàn)最頻繁的過電壓就是暫態(tài)過電壓，往往造成電氣設(shè)備的損壞和停電事故，較其他情況下過電壓帶來的后果較為嚴(yán)重。

2 SF6封閉式組合電器中的特快速暫態(tài)現(xiàn)象

最近幾年的數(shù)據(jù)顯示，GIS已經(jīng)在國際上得到了認(rèn)可。盡管如此，GIS在被使用的過程中，仍然存在由于主回路造成的對地故障，并且還會影響到相鄰設(shè)備絕緣層的損壞。文章針對這種現(xiàn)象進(jìn)行了研究。

2.1 GIS隔離開關(guān)的工作原理

圖1為隔離開關(guān)分閘時產(chǎn)生陡波前過電壓的過程。以隔離開發(fā)處于分閘狀態(tài)為例，說明了過電壓與開關(guān)觸頭間距的關(guān)系以及隔離開關(guān)兩側(cè)電壓高于VR時隔離開關(guān)被擊穿的原因。

在正常的GIS設(shè)計中，階躍跳變電壓波是在電壓跳變的過程中產(chǎn)生的，速度之快可達(dá)到3ns。這樣反復(fù)的跳變，不斷的產(chǎn)生階躍電壓波，并且這些電壓波經(jīng)過復(fù)雜的折射、發(fā)射過程才能形成GIS的現(xiàn)象。

2.2 實驗方式1簡介

圖2是試驗方式1的線路原理圖。其具體操作是用被試隔離開關(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-1.1×U的直流電壓（U為額定電壓），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，這時將電源側(cè)（DT左側(cè)）電壓升至試驗電壓，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。開斷試驗時，DA打開，DT處于合閘位置，電源電壓升至，SF6封閉式組合電器中的特快速暫態(tài)現(xiàn)象，打開DT即可。

2.3 多次重燃的研究

在隔離開關(guān)的開合過程中，開關(guān)斷口處的擊穿特性是我們需要知道的。但這種數(shù)據(jù)以前沒有被發(fā)現(xiàn)。文章在隔離開關(guān)上做了一系列實驗以求得這些數(shù)據(jù)，并且在實驗的過程中，試圖得到比較真實的隔離開關(guān)打開和關(guān)閉的重燃過程。而且也充分的考慮了開關(guān)閉合的特性。

在實驗之后，對隔離開關(guān)的3中實驗重燃過程進(jìn)行了計算，并且在這之前，已將擊穿電壓與分合時間關(guān)系轉(zhuǎn)換成為了EMTP可以輸入的數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計算后發(fā)現(xiàn)，在合閘的情況下，過電壓最高的是方式1，在實驗2中，對于分閘的方式要求非常苛刻，而在實驗方式3中，不管是分閘還是合閘，其過電壓都是最低的。通過這3中方式的實驗，表明實驗方式3只是為了評估隔離開關(guān)在打開和關(guān)閉情況下其電容器對電流的能力。

在計算中還發(fā)現(xiàn)，方式2在分閘的過程中，最后一階段斷口處的電位差很高，高達(dá)3.0p.u。這正符合了理論上的推斷。經(jīng)過這次實驗，知道了在實際應(yīng)用中，隔離開關(guān)的斷口必須達(dá)到方式2中斷口的耐受強(qiáng)度，才能經(jīng)得起過電壓的損耗。

另外通過試驗中方式2證明，在剛剛實現(xiàn)了開斷操作，并且短母線還殘留有電荷便再次進(jìn)行開斷操作，這時將是十分危險的。因為此時開關(guān)的開合相位正好是工頻電壓的峰值，此時產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓也是最高的。經(jīng)過模擬實驗，計算著一過程的電壓值為2.32p.u，可能還會更高。

最后需要解釋的是，開關(guān)觸頭間的距離與隔離開關(guān)的開合狀態(tài)有著直接的關(guān)系，距離越大，造成的過電也越高，并且在重燃的最后階段產(chǎn)生的過電壓是全程最高的。

3 結(jié)束語

總之，想要得到比較精確的計算結(jié)果，就必須對多種模擬量進(jìn)行假設(shè)計算，在計算的過程中要根據(jù)設(shè)備的特點及實驗站的具體的情況來取證，通過對數(shù)據(jù)的綜合分析計算后才是我們想要的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]尹曉芳，楊左，曲再文，等.500kV GIS中隔離開關(guān)開合母線充電電流試驗[J].高壓電器，2010.

[2]趙水忠，周志芳.浙江電網(wǎng)110kV及以上隔離開關(guān)運行情況分析[J].浙江電力，2013.

[3]田馳，孫強(qiáng)，穆雙錄，等.800kVGIS中快速暫態(tài)過電壓的仿真計算[A].第一屆電器裝備及其智能化學(xué)術(shù)會議論文集[C].2011.

[4]孫彤.GIS中快速暫態(tài)過電壓的數(shù)值計算與分析[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2010.

[5]孟濤.分段電弧模型下快速暫態(tài)過電壓特性仿真及其影響因素的研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2010.