750千伏電壓GIS設(shè)備中VFTO的測(cè)量技術(shù)

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電能的需求量不斷增加，可以說電能成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的命脈，直接關(guān)系到人們的正常生產(chǎn)和生活。由于社會(huì)對(duì)電能需求量的不斷增加，近年來我國(guó)電力行業(yè)也取得了較快的發(fā)展，電壓等級(jí)也在不斷的提升，在這種情況下，全封閉式氣體絕緣變電站（Gas Insulated Substations，簡(jiǎn)稱GIS）得以廣泛的應(yīng)用。但在750千伏全封閉式氣體絕緣變壓站內(nèi)在對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行操作時(shí)會(huì)導(dǎo)致快速暫態(tài)過電壓即VFTO的發(fā)生，使變壓器匝間絕緣和GIS絕緣都會(huì)產(chǎn)生不同程度的損害。所以在我國(guó)750千伏示范工程投產(chǎn)以來，為了有效的避免VFTO問題給GIS的安全運(yùn)行帶來較大的影響，所以一直采用倒閘方式對(duì)GIS中的隔離開關(guān)進(jìn)行停電操作，但隨著750千伏電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，停電操作的倒閘方式已經(jīng)越來越影響到750千伏電網(wǎng)的正常調(diào)度、運(yùn)行和維護(hù)工作，對(duì)電網(wǎng)事故發(fā)生時(shí)的快速處置和恢復(fù)產(chǎn)生了較大的影響，所以需要對(duì)VFTO測(cè)量技術(shù)進(jìn)行深入的分析，確保VFTO問題得以解決。

關(guān)鍵詞：750千伏電壓；GIS；VFTO 測(cè)量；安全運(yùn)行

前言

長(zhǎng)期以來我國(guó)一直沿用傳統(tǒng)的空氣絕緣變電站，即AIS，但在750千伏電網(wǎng)中用了GIS-氣體絕緣變電站，其是采用六氟化太硫作為絕緣和滅弧的介質(zhì)，具有良好的絕緣性能和滅弧性能，除了變壓器和架空線以外的所有高壓電器設(shè)備管理都將其密封在接地金屬筒中。但目前GIS應(yīng)用越來越廣泛，而且電網(wǎng)電壓也開始不斷提升，在這種情況下，一些問題得以更加突顯出來。特別是在GIS隔離開關(guān)接地開關(guān)和隔離器操作時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致頻率高及波頭陡的快速暫態(tài)過電壓VFTO得以產(chǎn)生，從而導(dǎo)致GIS主回路發(fā)生對(duì)地故障，而且相鄰設(shè)備的絕緣還會(huì)導(dǎo)致不同程度的損害發(fā)生。所以為了確保設(shè)備運(yùn)行的安全性，目前開始加大了對(duì)VFTO測(cè)量系統(tǒng)的研究力度，確保其能達(dá)到對(duì)工頻及上百兆高頻信號(hào)的寬頻帶準(zhǔn)確測(cè)量，從而獲取準(zhǔn)確的VFTO幅值及頻率特性。

1 VFTO的產(chǎn)生與危害

VFTO作為一種瞬態(tài)過電壓，其通常是指波前時(shí)間在3～100ns范圍內(nèi)過電壓，這種過電壓多發(fā)生在GIS內(nèi)部開關(guān)進(jìn)行開合或是開斷母線電容電流時(shí)，由于VFTO的存在，從而導(dǎo)致多次復(fù)燃的發(fā)生，使觸頭間隙兩端的電壓會(huì)在瞬間發(fā)生跌落，而且GIS由于結(jié)構(gòu)較緊湊，從而導(dǎo)致各元件之間存在著較小的間距，節(jié)點(diǎn)較多，這樣就會(huì)導(dǎo)致電壓陡波會(huì)產(chǎn)生反復(fù)的傳播，從而在GIS內(nèi)部形成高頻及特高頻分量的瞬態(tài)過電壓。為了有效的降低暫態(tài)過電壓所給GIS帶來的危害，則需要確保負(fù)載開關(guān)與斷路器的運(yùn)動(dòng)速度保持在較快的水平，這樣在對(duì)電流進(jìn)行關(guān)合開斷過程中則復(fù)燃的機(jī)率則會(huì)較小，所產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓不會(huì)對(duì)GIS帶來較大的危害。相反情況下，則會(huì)導(dǎo)致多次復(fù)燃的發(fā)生，在每次復(fù)燃時(shí)都會(huì)導(dǎo)致高頻振蕩產(chǎn)生，所以GIS內(nèi)部VFTO問題的產(chǎn)生主要是由于對(duì)隔離開關(guān)操作所引起的。同時(shí)當(dāng)暫態(tài)過電壓發(fā)生時(shí)，其還可以作用于GIS內(nèi)部導(dǎo)體和殼體之間，從而對(duì)GIS設(shè)備和相連的設(shè)備產(chǎn)生較大的危害，導(dǎo)致殼體電們出現(xiàn)升高或是產(chǎn)生電磁波產(chǎn)生，嚴(yán)重危及敏感二次設(shè)備運(yùn)行的安全性。目前電網(wǎng)運(yùn)行電壓得以不斷提升，而且GIS內(nèi)氣壓也在不斷提高，在這種情況下，VFTO問題越發(fā)的嚴(yán)重，而且在進(jìn)行隔離開關(guān)切合時(shí)，由于會(huì)在小電容電流時(shí)帶來嚴(yán)重的重?fù)簦瑥亩鴮?dǎo)致電壓上升的速度不斷加快，過電壓幅值達(dá)到較高的水平，給運(yùn)行中的設(shè)備帶來極大的危害。

2 VFTO測(cè)量方法

VFTO的測(cè)量難點(diǎn)在于：脈沖波形很陡、頻帶寬，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)要求較高；加上GIS本身對(duì)測(cè)量系統(tǒng)要求特殊，既要保證GIS的正常運(yùn)行同時(shí)又不能改變GlS內(nèi)部的電場(chǎng)分布，還要便于安裝和移動(dòng)。現(xiàn)討論如下。

2.1 內(nèi)部測(cè)量方法

對(duì)GIS內(nèi)部的VFTO測(cè)量，主要通過下面兩種方法獲取過電壓信號(hào)：（1）使用內(nèi)置電場(chǎng)探頭獲取過電壓信號(hào)，例如將無阻傳感器直接連接到GIS斷路器端蓋上。其中，高壓臂由GIS的高壓母線與電容探頭的上極板構(gòu)成；低壓臂由電容探頭通過絕緣介質(zhì)與GIS管殼構(gòu)成，所測(cè)得的陡波前過電壓為安裝傳感器點(diǎn)的電壓值。此種方法的缺點(diǎn)是試驗(yàn)布置程序相對(duì)繁瑣，不易測(cè)量。（2）使用外置傳感器獲取過電壓信號(hào)，如使用微積分測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量VFTO，在盆式絕緣子表面加裝測(cè)量電極，再通過微積分電路引出信號(hào)。此種方法無需改變GIS的結(jié)構(gòu)，對(duì)其內(nèi)部電場(chǎng)分布也不會(huì)受到影響；同時(shí)可在多處安裝測(cè)量電極，多點(diǎn)測(cè)量VFTO。此方法的不足之處是對(duì)測(cè)量電極有一定的要求，過寬或過窄都不適宜，須有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行測(cè)量，與內(nèi)置式傳感器比較，其抗干擾能力較差。

2.2 外部VFTO測(cè)試方法

對(duì)于外部VFTO的測(cè)量，目前，外通常采用以下兩種方法獲取過電壓信號(hào)。（1）通過電場(chǎng)探頭。如J Christian等人采用電場(chǎng)傳感器在變壓器的高壓入口處對(duì)外部VFT0進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過多次的測(cè)試，得到幅值1.5～2.5p.u，頻率在60MHz內(nèi)，由主變側(cè)DS操作引起的電壓峰值最大，尤其是與之相連的母線處。（2）通過電容分壓器，雖然該類分壓器對(duì)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)波形的響應(yīng)特性都不錯(cuò)，但是除了考慮交流沖擊和阻抗匹配等問題以外，還需要考慮設(shè)備費(fèi)用的問題。通常是利用已有的電網(wǎng)設(shè)備，在不增加電網(wǎng)一次設(shè)備能夠保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)VFTO的測(cè)量。對(duì)110kV以上電器設(shè)備中，可埋有測(cè)量屏用于監(jiān)測(cè)套管，在變壓器套管末屏接上一個(gè)低壓電容，形成一個(gè)電容分壓器。

3 結(jié)束語

隨著近年來我國(guó)電網(wǎng)750千伏全封閉式氣體絕緣變電站的投入和運(yùn)行，VFTO問題已經(jīng)成為GIS運(yùn)行安全的重要影響因素，所以需要加強(qiáng)對(duì)VFTO測(cè)量技術(shù)的深入分析和研究，確保能夠采取科學(xué)有效的方法來解決VFTO問題，確保GIS安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。在對(duì)GIS內(nèi)VFTO進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不能對(duì)GIS內(nèi)部的電場(chǎng)分布進(jìn)行改變，而且GIS測(cè)試件的絕緣強(qiáng)度也不能受到影響，所以需要在GIS內(nèi)部進(jìn)行傳感器的設(shè)置，由于其具有較強(qiáng)的抗干擾性和靈敏度，可以有效的提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，但其需要提前進(jìn)行安裝，而且會(huì)導(dǎo)致GIS內(nèi)部電場(chǎng)的分布受到一定的影響。所以在對(duì)傳感器進(jìn)行安裝時(shí)，可能將其安裝在GIS艙蓋板內(nèi)部，確保外殼的內(nèi)面與傳感器的平板處于一個(gè)水平面內(nèi)，這樣可以有效的使其對(duì)GIS電場(chǎng)分布的影響降至最低水平。也可以利用外圍傳感器，其不僅安裝具有較好的靈活性，而且不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來影響，具有較高的安全性，但這種安裝方法其靈敏度和抗干擾能力都會(huì)處于較低的水平，所以為了能夠有效的提高絕緣水平和抗電磁感應(yīng)干擾能力，則可以利用光纖測(cè)量系統(tǒng)來進(jìn)行測(cè)量。

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