李紅斌 韓林汕 葉國雄 陳 慶 焦 洋

基于頻敏高-低阻層疊母線結構的特快速暫態(tài)過電壓高頻成分抑制方法

李紅斌1韓林汕1葉國雄2陳 慶1焦 洋1

（1. 華中科技大學電氣與電子工程學院 武漢 430074 2. 中國電力科學研究院有限公司 武漢 430074）

在特快速暫態(tài)過電壓（VFTO）中，高頻成分的幅值大、耦合強，對電氣設備的安全運行造成嚴重威脅。目前已開展相關研究，但未能完全解決，一、二次融合設備已加裝防護措施但仍發(fā)生故障的情況時有發(fā)生。對此，該文在探明母線電阻對高頻信號衰減過程影響的基礎之上，充分利用趨膚效應的頻率敏感性，通過在常規(guī)母線表面增加高阻表層，構建高-低阻介質層疊的母線結構以實現(xiàn)高頻抑制：正常工頻成分在里層低阻介質中傳輸，不受影響；VFTO高頻成分被約束在表層高阻介質中傳輸，其幅值與振蕩時間將顯著降低。進一步，開展等效試驗，驗證其有效性。

特快速暫態(tài)過電壓 高頻抑制 頻敏高-低阻層疊母線 趨膚效應 hp自適應有限元法

0 引言

氣體絕緣變電站（Gas Insulated Substation, GIS）中的隔離開關在分合閘過程中會發(fā)生多次重燃或預擊穿現(xiàn)象，每次擊穿均會產(chǎn)生一次陡變的電壓行波，在GIS內部波阻抗不連續(xù)點處發(fā)生多次折射、反射和疊加，最終形成波前陡、幅值高、頻帶寬、持續(xù)時間長的特快速暫態(tài)過電壓（Very Fast Transient Overvoltage, VFTO）[1-7]。VFTO不僅會對變電站一次設備特別是繞組類設備的絕緣產(chǎn)生危害，造成GIS一次母線對外殼的絕緣事故以及與GIS相連的繞組類設備的絕緣事故，還會對變電站中二次設備的安全準確運行產(chǎn)生危害，威脅二次弱電設備的絕緣，導致二次設備出現(xiàn)故障。因此，為了維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，必須采取措施對VFTO進行抑制。

VFTO的振蕩頻率主要包含kHz頻段的基本振蕩頻率和MHz頻段的高頻及特高頻振蕩頻率。其中kHz頻段由整個系統(tǒng)所決定，其幅值不高，對絕緣危害較??；MHz頻段由陡行波在GIS內發(fā)展形成，疊加到基本振蕩過程上構成VFTO最重要的部分，它決定了對絕緣的危害程度。目前，VFTO抑制方法研究主要分為兩大類：①抑制VFTO的產(chǎn)生過程。其中最具代表性的方法是隔離開關加裝分合閘電阻[8-9]，具體是通過隔離開關操作時串聯(lián)電阻的吸收能量特性降低VFTO的幅值和陡度，但隔離開關結構變得更加復雜，降低系統(tǒng)的可靠性，增大了機械故障概率。此外，控制隔離開關操作過程，如控制分合閘速度[10-11]和分合閘相角[12]也能降低VFTO的擊穿次數(shù)和持續(xù)時間，但對幅值和陡度的作用不大，且依賴更復雜的操動機構，難以實現(xiàn)隔離開關動作狀態(tài)的精確控制。②抑制VFTO的傳播過程。這種方法通過改變VFTO傳播路徑上的波阻抗實現(xiàn)對VFTO的抑制。其中最具代表性的方法是清華大學提出的鐵氧體磁環(huán)法[13-14]和ABB公司提出的磁環(huán)法[15]，均可抑制VFTO幅值，但鐵氧體材料存在飽和特性限制，且在電動力作用下易斷裂、掉渣，影響抑制效果，帶來安全隱患。當VFTO傳播至GIS外部時，可利用金屬氧化物避雷器[16-17]和架空線的電暈效應[18]來抑制VFTO，但金屬氧化物避雷器對陡度作用不大，且僅能覆蓋避雷器臨近線路，架空線的抑制效果也不甚理想。可見，盡管已開展了研究工作并實現(xiàn)應用，但無法完全解決VFTO高頻成分引起的電磁兼容問題，已加裝防護措施的一二次融合設備出現(xiàn)異常的情況仍時有發(fā)生，因此，進一步開展抑制方法的探索，極為必要。

對此，本文提出了一種VFTO高頻成分抑制新方法：首先，借助hp自適應有限元法，開展了VFTO波過程的仿真研究，探明了母線電阻對信號衰減過程的影響情況；其次，充分利用趨膚效應的頻率敏感性，提出了頻敏高-低阻介質層疊母線結構（后文簡稱頻敏層疊母線），中、低頻信號被約束在里層低阻介質中傳輸，不受影響，而高頻信號被約束在表層高阻介質中傳輸，快速衰減；然后，建立了高頻趨膚效應下的交流電阻計算模型，研究了表層介質材料、表層厚度以及表層覆蓋率對其抑制效果的影響情況，為表層材料類型和結構尺寸設計提供依據(jù)；最后，在實驗室中對鎳-銅層疊母線樣品開展等效試驗，高頻信號抑制效果顯著優(yōu)于純銅母線，驗證了本文方法的有效性。

1 VFTO高頻成分抑制基本思路

1.1 VFTO高頻成分特征分析

VFTO典型的全過程波形如圖1所示。VFTO主要包含kHz頻段的基本振蕩頻率、MHz頻段的高頻及特高頻振蕩頻率，其中MHz頻段疊加在kHz頻段上構成VFTO全過程。

圖1 VFTO典型波形

根據(jù)天線理論，能量在遷移和分配過程中具有頻率選擇特性；根據(jù)傳輸線理論，頻率越高，能量遷移區(qū)域越小。在MHz頻段內，GIS管道的幾何長度不再遠小于傳輸電磁波的波長，因此需要考慮傳輸線的分布效應，即傳輸線上的電壓與電流是隨時間和空間位置而變化的。因此本文從能量交換的角度，分析VFTO中MHz頻段的產(chǎn)生機理。

MHz頻段信號主要在GIS管道中傳輸，管道長度及結構、開關及觀測點的空間位置使得開關兩端顯示出不同性質的阻抗，當開關兩端管道的合成阻抗為容性時，會和電弧燃燒時的等效電感發(fā)生諧振，進而產(chǎn)生10MHz乃至數(shù)10MHz的諧振電壓信號，此時高頻電磁能量僅在開關附近的母線中遷移并重新分配，產(chǎn)生的行波經(jīng)過多次折反射形成頻率可達上百MHz的特快速暫態(tài)過電壓。

1.2 母線電阻的抑制效應理論分析

GIS中隔離開關在分合閘過程中，觸頭間隙之間的SF6氣體被擊穿形成回路，單次擊穿等效電路如圖2所示。

圖2 單次擊穿等效電路

式中

1.3 母線電阻的抑制效應仿真驗證

進一步，以中國電力科學研究院（武漢）的220kV GIS試驗平臺為例，借助研究團隊已提出的VFTO高頻仿真方法[19]，獲取不同母線電阻下的VFTO高頻成分暫態(tài)波形，評估抑制效果。VTFO仿真回路如圖3所示。

圖3 VFTO仿真回路

圖4 不同母線電阻對VFTO高頻成分抑制效果

由圖4可見，母線電阻變化將造成O節(jié)點電壓變化。進一步增大母線電阻至10、20、50、100倍，記錄O節(jié)點的電壓峰值和振蕩時間，匯總至表1。

表1 不同母線電阻對VFTO高頻成分抑制效果

Tab.1 The suppression effect on VFTO high frequency signal of different busbar resistance

由表1可見，當母線電阻增大至100倍時，電壓峰值降幅可達15.97%；振蕩時間降幅可達88.68%。那么，通過增大母線電阻以實現(xiàn)高頻信號的快速衰減是可行的。

2 VFTO高頻成分抑制實現(xiàn)方法

2.1 頻敏層疊母線結構

由1.2節(jié)內容可知，提高母線電阻是一種抑制VFTO高頻成分的有效方法。若直接將母線更換為電導率較低的材料，母線電阻將整體增大數(shù)十倍乃至上百倍，在面臨數(shù)百安培工頻電流時的發(fā)熱更為顯著，造成GIS內部溫度上升，帶來安全隱患。因此，相較于傳統(tǒng)銅介質母線，具有高頻信號抑制作用的母線結構應滿足：①高頻信號下的等效電阻增大數(shù)十倍甚至上百倍；②中、低頻信號下的等效電阻變化不大。

考慮到高頻信號在傳輸過程中的趨膚效應，本文提出了一種高-低阻抗介質層疊的母線結構：在GIS常規(guī)母線表面通過電鍍工藝外包較薄高磁導率、低電導率材料的表層，而不需要改變現(xiàn)有母線內部結構、安裝方式等，頻敏層疊母線整體如圖5所示。

圖5 頻敏層疊母線整體圖

圖5中1為空心常規(guī)母線里層，2為高磁導率、低電導率材料表層。該方法基于趨膚效應，具有固有的頻率敏感選擇特性，即工頻信號仍通過內層常規(guī)母線傳輸，此時頻敏層疊母線與常規(guī)母線沒有區(qū)別，不影響工頻信號正常傳輸；但高頻信號會逐漸集中在表層中傳輸，頻敏層疊母線的高頻電阻增大則有功損耗增加，從而抑制行波的發(fā)展，達到降低VFTO高頻成分幅值和加快行波衰減速度的目的。

2.2 頻敏層疊母線可行性論證

在現(xiàn)有的計算方法中，雙層導體在高頻交流下的電阻特性計算已有精確的解析計算公式[23-25]。根據(jù)圖5所示，沿圓母線中心建立柱坐標系，設定電流只有軸向，則由Maxwell方程組可以得到

由式（3）可得導線內部電流密度分布為

根據(jù)坡印廷矢量可得

式中，J1為一階第一類貝塞爾函數(shù)；Y1為一階第二類貝塞爾函數(shù)。根據(jù)式（7）可知，表層介質的磁導率越高、電導率越低，母線的高頻等效電阻就越大，即對高頻信號抑制效果越強。

圖6 趨膚效應電阻曲線

2.3 頻敏層疊母線抑制效果影響因素

頻敏層疊母線的高頻等效電阻主要受表層介質材料、表層厚度以及表層覆蓋率的影響，其中表層覆蓋率的定義為需電鍍表層介質材料的母線長度占GIS母線總長度的比例。因此，本文以2.2節(jié)中220kV電壓等級的GIS母線參數(shù)為例，對上述三種影響因素進行分類討論。

2.3.1 表層介質材料

圖7 兩種表層介質材料的抑制效果

由圖7可知，相較于鈷材料，鎳材料對VFTO高頻成分幅值和振蕩時間抑制效果更好?？梢姡l敏層疊母線的表層介質材料應選擇高磁導率、低電導率材料。

2.3.2 表層厚度

借助1.2節(jié)中的建模方法，設置表層介質材料為鎳材料、表層覆蓋率為100%，仿真表層厚度分別為50μm和100μm時兩種頻敏層疊母線的抑制效果，結果如圖8所示。

圖8 兩種表層厚度的抑制效果

由圖8可知，表層厚度為50μm時的抑制效果優(yōu)于100μm，可見較薄的表層能帶來更強的抑制能力。理論上應將厚度控制為盡可能低的水平，但過小的厚度難以加工，且易破損剝落，實際應結合加工工藝和使用壽命進行綜合決策。

2.3.3 表層覆蓋率

借助1.2節(jié)中的建模方法，設置表層介質材料為鎳材料、表層厚度為50μm，仿真表層覆蓋率分別為30%、60%、100%時三種頻敏層疊母線的抑制效果，結果如圖9所示。

圖9 三種表層覆蓋率的抑制效果

由圖9可知，表層覆蓋率越高，高頻信號幅值和振蕩時間抑制效果越好。

3 等效試驗與有效性驗證

3.1 等效試驗系統(tǒng)

為驗證基于頻敏層疊母線結構的VFTO高頻成分抑制方法的有效性，根據(jù)中國電力科學研究院（武漢）的GIS試驗平臺的拓撲結構參數(shù)，在實驗室環(huán)境下，搭建縮小版GIS管道等效試驗系統(tǒng)，對常規(guī)母線和頻敏層疊母線進行低電壓放電試驗，試驗原理和現(xiàn)場分別如圖10和圖11所示。

圖10 試驗原理圖

圖11 試驗現(xiàn)場

圖10和圖11中模擬母線有常規(guī)結構和層疊結構兩組，每組包含兩根長度1.2m的圓柱導桿：常規(guī)結構模擬母線由銅材料制成，直徑10mm；層疊結構模擬母線則根據(jù)2.3節(jié)分析結果以及電鍍工藝限制。選擇的最佳結構尺寸：表層介質材料為鎳材料，表層厚度為50μm，表層覆蓋率100%；銅管外殼為銅材料，用于模擬GIS管道，內徑40mm；內部布置了多個矩形截面環(huán)氧樹脂圓環(huán)件來模擬盆式絕緣子，起到絕緣和支撐模擬母線的作用。

模擬母線R右端連接直流源和機械推動機構，左端與模擬母線L間存在氣隙。在試驗過程中，模擬母線R在機械推動機構作用下以固定速度靠近并接觸模擬母線L，以此模擬隔離開關中動靜觸頭運動并發(fā)生氣隙擊穿放電過程。在模擬母線L兩端分別布設監(jiān)測探頭，右端用于監(jiān)測輸入電壓波形，左端用于監(jiān)測輸出電壓波形。

在試驗過程中，激勵為KEYSIGHT E36234A直流源產(chǎn)生的直流電壓，幅值120V；監(jiān)測系統(tǒng)由差分探頭（YOKOGAWA 700924）與數(shù)字存儲示波器（KEYSIGHT DSOX2024A）構成，采樣率為1GS/s。

3.2 試驗過程與結果分析

安裝常規(guī)結構等效母線至L、R段，控制機械推動機構執(zhí)行模擬母線之間的靠近、接觸過程，記錄測量點1、2的時域波形（首次擊穿尖峰），并獲取10～100MHz范圍內各頻率成分的分布，如圖12所示。

圖12 常規(guī)母線雙測量點時域和頻譜圖

類似地，安裝鎳-銅層疊結構等效母線至L、R段，重復上述過程，試驗結果如圖13所示。

圖13 頻敏層疊母線雙測量點時域和頻譜圖

觀察圖12和圖13中的頻譜圖可知，四段監(jiān)測波形中均存在20MHz、40MHz、60MHz頻率附近的突出分量，抽取相關數(shù)據(jù)匯總見表2。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)可知，相較于常規(guī)母線，層疊母線在20MHz附近的能量衰減最為顯著，降幅達到了62.8%。進一步從全局角度出發(fā)，計算10～ 100MHz范圍內所有頻率成分的累計有效值，結果見表3。

表2 兩種母線的時頻域參數(shù)

Tab.2 The time-frequency domain parameters of two kinds of busbar

表3 兩種母線的頻譜累計有效值

Tab.3 The effective value of spectrum accumulation of two kinds of busbar

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可知，相較于常規(guī)母線，層疊母線高頻能量累計有效值衰減比的降幅達到了21.1%。可見，層疊母線具有更為顯著的高頻成分抑制能力。

需要說明的是，實際母線的直徑數(shù)倍于等效母線，而表層介質的厚度可維持不變；此時，表層、里層介質的電阻差異性更大，頻敏高-低阻層疊母線結構在高頻成分抑制上的優(yōu)越性將進一步凸顯。

4 結論

針對現(xiàn)有VFTO高頻成分抑制方法的局限，本文根據(jù)高頻趨膚效應提出了一種新的VFTO抑制方法，即頻敏層疊母線。通過仿真和試驗研究得到以下結論：

1）探明了母線電阻對VFTO高頻成分的抑制作用：電阻增大100倍，暫態(tài)峰值降低15.97%，振蕩時間縮短88.68%。

2）提出了高-低阻抗介質層疊的母線結構：通過在常規(guī)母線表面增加高阻表層，實現(xiàn)中低頻通、高頻阻。

3）實際應用時，表層應選擇高磁導率、低電導率材料，且保證其厚度小、覆蓋率高。

4）在實驗室開展低壓等效試驗，較常規(guī)母線，層疊母線可將高頻成分能量衰減21.1%。

未來將在中國電力科學研究院（武漢）的GIS平臺開展試驗，進一步驗證該方法的工程有效性。

[1] Working Group 33/13-09. Very fast transient phenomena associated with gas insulated substations[C]∥CIGRE, Paris, France,1988.

[2] 陳維江, 顏湘蓮, 王紹武, 等. 氣體絕緣開關設備中特快速瞬態(tài)過電壓研究的新進展[J]. 中國電機工程學報, 2011, 31(31): 1-11.

Chen Weijiang, Yan Xianglian, Wang Shaowu, et al. Recent progress in investigations on very fast transient overvoltage in gas insulated switchgear[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(31): 1-11.

[3] Wu Hengtian, Cui Xiang, Liu Xiaofan, et al. Characteristics of electromagnetic disturbance for intelligent component due to switching operationsa 1100 kV AC GIS test circuit[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2017, 32(5): 2228-2237.

[4] Babaei M, Babaei M, Nourirad G. Analysis of influential factors in determining Very Fast Transient Overvoltages of GIS substations[C]//2014 IEEE 8th International Power Engineering and Optimization Conference, Langkawi, Malaysia, 2014 : 79-84.

[5] 何聰, 張芊, 曹鐸耀, 等. 交流與操作沖擊疊加電壓下SF6氣體中沿面局部放電特性[J]. 電工技術學報, 2020, 35(8): 1807-1817.

He Cong, Zhang Qian, Cao Duoyao, et al. Surface partial discharge characteristics in SF6under AC and switching impulse superimposed voltage[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(8): 1807-1817.

[6] 馮利民, 王曉波, 吳聯(lián)梓, 等. 500kV GIS變電站VFTO對于電子式互感器的電磁騷擾研究[J]. 電工技術學報, 2016, 31(1): 85-90.

Feng Limin, Wang Xiaobo, Wu Lianzi, et al. Study on the impact of VFTO electromagnetic interference on electronic transformers in 500 kV GIS substation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(1): 85-90.

[7] 何杰, 劉鈺山, 畢大強, 等. 電壓探頭對寬禁帶器件高頻暫態(tài)電壓精確測量的影響[J]. 電工技術學報, 2021, 36(2): 362-372.

He Jie, Liu Yushan, Bi Daqiang, et al. Impacts of voltage probes for accurate measurement of high-frequency transient voltage of wide-bandgap devices[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(2): 362-372.

[8] Yamagata Y, Tanaka K, Nishiwaki S, et al. Suppression of VFT in 1100 kV GIS by adopting resistor-fitted disconnector[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1996, 11(2): 872-880.

[9] 阮全榮, 施圍. GIS隔離開關帶分合閘電阻抑制VFTO的研究[J]. 高電壓技術, 2005, 31(12): 6-8.

Ruan Quanrong, Shi Wei. Suppression of VFTO by disconnector with opening and closing resistor in GIS[J]. High Voltage Engineering, 2005, 31(12): 6-8.

[10] 韓彬. 優(yōu)化隔離開關操作速度抑制特快速瞬態(tài)過電壓的機理及應用研究[D]. 北京: 中國電力科學研究院, 2017.

[11] Shu Yinbiao, Han Bin, Lin Jiming, et al. Influence of the switching speed of the disconnector on very fast transient overvoltage[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2013, 28(4): 2080-2084.

[12] Lu Binxian, Shi Yuxin, Zhan Huamao, et al. VFTO suppression by selection of a combination of initial phase angle and contact velocity[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2018, 33(3): 1115-1123.

[13] 劉衛(wèi)東, 金立軍, 錢家驪, 等. 鐵氧體磁環(huán)抑制GIS的VFTO的可能性[J]. 電工技術學報, 2002, 17(4): 22-25.

Liu Weidong, Jin Lijun, Qian Jiali, et al. Possibility of suppressing VFTO in GIS by ferrite rings[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2002, 17(4): 22-25.

[14] 項祖濤, 劉衛(wèi)東, 錢家驪, 等. 用磁環(huán)抑制GIS的VFTO的高電壓模擬試驗[J]. 電工技術學報, 2004, 19(7): 1-3.

Xiang Zutao, Liu Weidong, Qian Jiali, et al. High voltage simulation tests of suppressing VFTO in GIS by magnetic rings[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2004, 19(7): 1-3.

[15] Burow S, Straumann U, K?hler W, et al. New methods of damping very fast transient overvoltages in gas-insulated switchgear[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2014, 29(5): 2332-2339.

[16] 李宜, 張彼德. GIS中金屬氧化物避雷器對VFTO抑制研究[J]. 電瓷避雷器, 2020(4): 41-45.

Li Yi, Zhang Bide. Study on the suppression of VFTO by metal oxide arrester in GIS[J]. Insulators and Surge Arresters, 2020(4): 41-45.

[17] 高樹國, 張重遠, 劉云鵬, 等. 特快速暫態(tài)過電壓作用下變壓器繞組內置MOV動態(tài)保護特性[J]. 電工技術學報, 2008, 23(5): 49-55.

Gao Shuguo, Zhang Zhongyuan, Liu Yunpeng, et al. Dynamic protection characteristic of MOV for transformer windings under VFTO[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2008, 23(5): 49-55.

[18] 周力行, 劉家郡, 鐘笑拳, 等. 架空線對GIS變電站VFTO抑制效果的分析[J]. 電力科學與技術學報, 2015, 30(1): 41-46.

Zhou Lixing, Liu Jiajun, Zhong Xiaoquan, et al. VFTO inhibitory effect analysis of overhead line in GIS substation[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2015, 30(1): 41-46.

[19] Zhang Jing, Chen Qing, Li Hongbin, et al. Multi-band field-circuit coupling analysis method for very fast transient overvoltage[C]//2021 IEEE 15th International Conference on Electronic Measurement & Instruments, Nanjing, China, 2021: 157-163.

[20] 程書燦, 趙彥普, 張軍飛, 等. 電力設備多物理場仿真技術及軟件發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2022, 46(10): 121-137.

Cheng Shucan, Zhao Yanpu, Zhang Junfei, et al. State of the art of multiphysics simulation technology and software development for power equipment[J]. Automation of Electric Power Systems, 2022, 46(10): 121-137.

[21] 王超, 李文棟, 陳泰然, 等. 550kV GIS盆式絕緣子小型化設計(一): 幾何形狀優(yōu)化[J]. 電工技術學報, 2022, 37(7): 1847-1855.

Wang Chao, Li Wendong, Chen Tairan, et al. Compact design of 550 kV basin-type spacer in gas insulated switchgear(part I)—structure optimization[J]. Transa-ctions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(7): 1847-1855.

[22] 李文棟, 王超, 陳泰然, 等. 550kV GIS盆式絕緣子小型化設計(二): 介電分布優(yōu)化[J]. 電工技術學報, 2022, 37(11): 2743-2752.

Li Wendong, Wang Chao, Chen Tairan, et al. Compact design of 550kV basin-type spacer in gas insulated switchgear(part Ⅱ)—dielectric distribution optimi-zation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(11): 2743-2752.

[23] Kamidaki C, Guan Ning. On AC resistance of two-layered wires[C]//2014 International Symposium on Antennas and Propagation Conference Proceedings, Kaohsiung, Taiwan, China, 2014: 161-162.

[24] 劉驥, 張明澤, 廖俐琳, 等. 銅包鋁高頻線圈損耗的理論計算方法[J]. 電工技術學報, 2018, 33(14): 3160-3169.

Liu Ji, Zhang Mingze, Liao Lilin, et al. Theoretical calculation on high-frequency loss of copper clad aluminum coil[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(14): 3160-3169.

[25] 黃曉生, 陳為. 線圈高頻損耗解析算法改進及在無線電能傳輸磁系統(tǒng)設計的應用[J]. 電工技術學報, 2015, 30(8): 62-70.

Huang Xiaosheng, Chen Wei. Improved analytical calculation model of high-frequency coil losses and its usage in WPT magnetic system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(8): 62-70.

A Suppressing Method for Very Fast Transient Overvoltage Based on a Frequency-Sensitive Busbar with a Laminated-Material Structure

Li Hongbin1Han Linshan1Ye Guoxiong2Chen Qing1Jiao Yang1

（1. School of Electrical and Electronic Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China 2. China Electric Power Research Institute Wuhan 430074 China）

In very fast transient overvoltage (VFTO), the high frequency component has high amplitude and strong coupling, which poses a serious threat to the safe operation of electrical equipment. At present, some research works on suppression methods have been carried out, but the fault situations of the primary and secondary fusion equipment equipped with protective measures have not been completely solved. In that case, on the basis of ascertaining the influence of busbar impedance on the high frequency signal attenuation process, making full use of the frequency sensitivity of the skin effect, this paper proposes a high-low resistance laminated busbar structure for high-frequency component suppression, by adding high-resistance surface layer to the surface of conventional busbar: the power frequency component is transmitted in the inner low-resistance medium and is not affected; the high-frequency component of VFTO is constrained in the surface high-resistance medium during transmission to improve the speed and amplitude of attenuation greatly. Furthermore, an equivalent experiment has been carried out to verify the effectiveness of this method.

Very fast transient overvoltage (VFTO), high frequency component suppression, frequency sensitive high-low resistance laminated busbar, skin effect, hp adaptive finite element method

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.221285

TM864

國家自然科學基金智能電網(wǎng)聯(lián)合基金資助項目（U1866201）。

2022-06-30

2022-07-26

李紅斌 女，1967年生，博士，教授，博士生導師，研究方向為電子式電流互感器、電壓互感器及自動化檢測技術。E-mail：lihongbin@hust.edu.cn

焦 洋 男，1992年生，博士，研究方向為電磁暫態(tài)仿真。E-mail：yyangjiao@hust.edu.cn（通信作者）

（編輯 郭麗軍）