基于隔離開關操作速度對特快速瞬態過電壓的影響

程麗華++劉俊奇

摘 要：由于氣體絕緣開關設備內的隔離開關在進行空載短母線的操作時，會發生多次擊穿，同時產生特快速瞬態過電壓，導致其他設備受到一定程度的影響和損壞。而隔離開關的操作速度對特快速瞬態過電壓有重要的影響。該文分析了超高壓氣體絕緣開關設備內的隔離開關的操作方式下產生的快速瞬態過電壓。經計算得出結果表明擊穿時對特快速瞬態過電壓的陡度影響最大，擊穿延續時間就越短。為特快速瞬態過電壓仿真中氣體絕緣開關設備內的隔離開關的選取提供了借鑒，從而也對選擇合適的模型、參數來評價特快速瞬態過電壓水平有一定的參考依據。

關鍵詞：隔離開關操作速度 特快速瞬態過電壓 氣體絕緣開關設備

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（b）-0068-02

在進行特高壓氣體絕緣開關設備中的隔離開關操作的時候，因為它的動作會比較慢，會出現幾十次的觸頭間隙的重復擊穿，出現高幅值的、高陡度、大頻率的特快速瞬態過電壓，有時還會導致氣體絕緣開關設備受不良影響。因此，操作速度是隔離開關的一大主要性能，并對特快速瞬態過電壓有很大影響，而存在一些看法，其中一個看法是為了減少操作所需要的時間，降低重復擊穿次數來減少特快速瞬態過電壓產生的次數，可以降低隔離開關速度；還有一個看法是降低隔離開關速度有利于降低合閘操作的特快速瞬態過電壓。而這些看法過于單一，所以，采取定量分析，運用統計的分析方法探討了隔離開關速度對特快速瞬態過電壓的影響。具有重要意義。該文主要介紹了隔離開關操作的不同方式對特快速瞬態過電壓的計算，并對分閘、合閘過程中的特快速瞬態過電壓進行分析，對比仿真與實際測試結果。

1 隔離開關操作的不同方式對特快速瞬態過電壓的計算

1.1 計算的主要模型

關于隔離開關操作的不同方式對特快速瞬態過電壓的計算，計算的模型很重要。變壓器的模型：要精準地計算隔離刀閘切合短管線在變壓器設備上產生的快速暫態過電壓，還要創造與變壓器結構相關的分布參數模型，實際測量繞組在幾十兆赫茲頻率下的電流感應等，當下還無法實現。變壓器的模型的分析主要運用采用電路感應、電容器、電阻三部分形成的線路；氣體絕緣開關設備模型，氣體絕緣開關設備線路段使用單相分布的參數模型，同時，根據實際的超高壓管線分布的實際電容量來建造模型；隔離刀閘的重燃，在進行計算時模擬了隔離刀閘投切過程中的電弧多次重燃，充分分析了被操作的短管道有的殘余電荷的大小等問題。

1.2 進行隔離開關操作時出現的多次擊穿現象

在進行隔離開關的操作時，會出現多次的重復擊穿的現象，而每一次擊穿的出現由和隔離開關兩側的恢復電壓、開關的觸頭間隙擊穿特性來決定，而當中的電壓差由電源側工頻電壓、負載側空載母線的殘留電壓決定，因為電源側工頻電壓處于改變之中，負載側殘留電壓減少很難，可以被看成是直流電壓。開關的觸頭間隙擊穿電壓與觸頭間隙的距離有關并會隨之變化，當進行開關的分閘操作時，觸頭間隙距離會慢慢加大，反之，合閘時觸頭間隙距離會慢慢減小。

1.3 母線側隔離開關和帶電變壓器側的隔離開關操作模式

在母線側隔離開關操作中，匯流母線經過線路時帶有電流，并關上變壓器側隔離開關，斷開的地方上有斷路器，氣體絕緣開關設備的斷路器到匯流母線隔離開關之間的線路通道有殘留的電量；避雷器依據離變壓器距離最短的旁邊安放，這樣，母線側隔離開關操作模式中母線隔離開關閉合操作中多次重燃產生的特快速瞬態過電壓可以通過斷路器均勻電壓電容運輸到變壓器上。母線帶電變壓器側的隔離開關操作模式中，匯流母線進過線路有電，啟動匯流母線側隔離開關，打開斷路器，通過斷路器的斷口均勻電壓電容提供電量，這樣，變壓器側的隔離開關閉合時多次重燃產生的特快速瞬態過電壓可以通過斷路器均勻電壓電容運輸到變壓器上。

2 特快速瞬態過電壓的統計分析及結果

2.1 分閘過程中的特快速瞬態過電壓的分析

在分閘過程中，對分閘操作多次擊穿全過程中出現的特快速瞬態過電壓的狀態來模擬，從而得出隔離開關負載側、電源側電壓的波形呈現，氣體絕緣開關設備當作計算的例子，充分思考隔離開關兩側電壓是最大值同時相位相反，擊穿時通過計算可以得出此線路的出現在負載側母線尾端的最大特快速瞬態過電壓。而進行隔離開關操作時的特快速瞬態過電壓在一定程度上呈現出不確定性，因此，運用統計的方法來研究分閘與觸頭動作速度的關系。可以得知當隔離開關分閘速度小于一定數值時，隔離開關分閘速度越小，負載側最大殘留電壓量越低，所出現的特快速瞬態過電壓也更小。而當隔離開關分閘速度等于或大于一定數值時，分閘時出現的特快速瞬態過電壓的變化值也會接近此線路的可能出現的極大值。同時，分閘的操作速度越小，分閘時出現的最大的特快速瞬態過電壓的分布會呈現相對集中狀態，反之，分布則呈現分散狀態。

2.2 合閘過程中的特快速瞬態過電壓的分析

隔離開關合閘時出現的特快速瞬態過電壓和隔離開關合閘之前的負載側母線的剩余電壓相關，而這些殘留電壓大多數是在隔離開關分閘操作結束后出現，所以在分析過程中要充分考慮它的影響。用隔離開關隨機分閘后的負載殘留電壓當作合閘前的匯流母線殘留電壓，在很大程度上與現實狀況符合程度高。分析的過程中要注意隔離開關的分閘時間、合閘時間是不固定量，并均勻分布在同一個周期之內，每一次操作都是分閘產生的負載側殘留電壓當作隔離開關合閘第一次擊穿前的殘留電壓，然后對隔離開關每次合閘時出現的最大特快速瞬態過電壓變化數值記錄統計。可以知道，當考慮隔離開關負載側殘留電壓是隨機分閘行為產生的時候，隔離開關動作越慢，合閘所產生的特快速瞬態過電壓最大值和最小值的范圍越低；而當隔離開關速度較低時，合閘前的負載側殘留電壓也相應更少，合閘產生的特快速瞬態過電壓也顯著降低。

2.3 模擬與實際測試結果分析

對于實驗中的特快速瞬態過電壓，實驗的電線要互相和兩個不同的隔離開關相適應，一個是低速隔離開關；另一個是高速隔離開關。同時，低速隔離開關的分閘和合閘的速度是0.4 m/s左右；高速隔離開關的分閘速度是1.7 m/s左右，合閘速度是2.4 m/s左右。把實驗過程中得到的隔離開關觸頭間隙擊穿電壓伴時間發生改變的關系曲線作為基礎，進行一定的分析工作后，對隔離開關操作過程進行模擬，然后和實際測量得到的結果對比。對兩種隔離開關分閘操作結束后的負載側殘留電壓進行數據記錄和分析，模擬與實測結果作對比，可以得出仿真結果與實測結果的改變趨勢大致相同，在低速開關中，分閘后殘留的電壓絕對值大多小于0.9 pu，在高速開關中，它的分閘之后出現高變化數值的殘留電壓的幾率相對于低速開關要大。對這兩種隔離開關的分閘和合閘的操作中出現的最大特快速瞬態過電壓進行數據記錄和分析。分閘過程的特快速瞬態過電壓仿真與實際分布狀態和變化趨勢很大程度上相近。模擬結果特快速瞬態過電壓分布比實際測量結果整體上顯得較高。特快速瞬態過電壓的實驗結果在一定程度上證明了這個模擬方法具有可行性和有效性。

3 結語

綜上所述，隔離開關的操作速度對特快速瞬態過電壓的影響力比較大。因此，在選擇和設置氣體絕緣開關設備內的隔離開關時，要注意操作速度的影響。

參考文獻

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