王 宇 許衛(wèi)東 婁 杰

（1．山東電力工程咨詢院有限公司 2．山東大學電氣工程學院）

0 引言

由于GIS中隔離開關的分合閘速度較慢，在切合容性電流時開關觸頭間會發(fā)生預擊穿和多次重燃，形成上升時間很短的沖擊波。因GIS中各部件的波阻抗不同，經(jīng)過GIS內(nèi)部經(jīng)過多次反射、折射，形成特快速暫態(tài)過電壓（Very Fast Transient Over voltage，以下簡稱VFTO）。如主變高壓側(cè)通過油氣套管直接與GIS 相連，在隔離開關投切空載母線的例行操作時產(chǎn)生的快速暫態(tài)過電壓將進入變壓器并在繞組中傳播，較大的振蕩幅值可能對變壓器的匝絕緣造成損害，從而引起絕緣擊穿。

由于廠區(qū)地形以及安裝空間受限等因素，大唐彬長發(fā)電廠的主變壓器與750kV GIS 采用油—氣套管直連方式，操作GIS隔離開關存在變壓器高壓側(cè)匝間絕緣損壞風險。相對常規(guī)電站中500kV或220kV電氣設備， 750kV 等級的電氣設備的絕緣裕度更小，VFTO引起設備絕緣疲勞積累造成損壞的風險也更大。本文以大唐彬長發(fā)電廠為案例，利用ATP-EMTP搭建仿真模型，研究隔離開關操作引起的VFTO，并得到GIS隔離開關、變壓器入口處等位置過電壓波形，提出對能夠抑制VFTO 的措施，并分析抑制措施對VFTO 的限制效果和對變壓器匝間絕緣壽命的保護作用。

1 仿真模型和參數(shù)

大唐彬長發(fā)電廠升壓站采用3/2 接線方式，其中4 回進線分別連接4 臺750kV 主變（其中一期和二期主變額定容量分別為600MVA 和1000MVA），2 回750kV出線，組成3個完整串，共9臺斷路器。

本文中發(fā)電廠升壓站采用“一線一變”的運行方式，在關合母線側(cè)隔離開關的條件下仿真，此時隔離開關斷口處的電壓差最大，產(chǎn)生的VFTO 最為嚴重，由ATP的建立的仿真電路模型如圖1所示。

圖1 大唐彬長發(fā)電廠仿真模型

2 仿真波形分析

將各元件等效參數(shù)代入圖1 所示模型，仿真得到隔離開關各側(cè)、變壓器入口和GIS 母線等處的VFTO波形和頻譜。

通過上述模擬仿真結(jié)果可以看出，GIS 母線端部VFTO 幅值和頻譜最高，其原因是過電壓在母線末端多次折射疊加，而距離母線較遠位置，回路中分支母線自身的阻抗對VFTO 產(chǎn)生了一定抑制作用。另一方面，回路中分支母線對地電容對高頻波譜也起到一定濾波效果，所以在變壓器入口處的VFTO 幅值最低，并且高頻電壓波也較少。

根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》（GB/T 50064—2014），電氣設備相對地絕緣與VFTO 的絕緣配合應符合下式的要求：

式中，ul.i為電氣設備雷電沖擊耐壓要求值；Utw.p為過電壓水平；電氣設備相對地絕緣VFTO 配合系數(shù)，取1.15。統(tǒng)計各設備處VFTO 幅值如下表，結(jié)合式（1），與電氣設備雷電沖擊耐壓要求值做對比。

從上表可知，各設備處VFTO 幅值均不超過規(guī)范要求的上限，但從圖2-9 可以看出，VFTO 波形陡度過高，當變壓器與GIS 之間通過油氣套管相連時，可能對變壓器匝間絕緣造成損害，因此GB/T 50064—2014 中建議，避免引起危險的操作方式或在隔離開關加裝阻尼電阻。

圖2 隔離開關變壓器側(cè)VFTO波形

圖3 隔離開關負載側(cè)VFTO波形

圖5 母線端部處VFTO波形

圖6 隔離開關變壓器側(cè)VFTO頻譜

圖7 隔離開關負載側(cè)VFTO頻譜

圖8 變壓器入口處VFTO頻譜

圖9 母線端部處VFTO頻譜

圖11 隔離開關變壓器側(cè)VFTO波形

圖12 隔離開關負載側(cè)VFTO波形

圖13 變壓器入口處VFTO波形

圖14 母線端部處VFTO波形

3 加裝抑制措施及相應仿真分析

3.1 阻尼電阻抑制VFTO 的原理

阻尼電阻抑制VFTO 主要是兩方面原因，一是其泄露殘余電荷，二是吸收消耗電磁振蕩的能量。隔離開關分閘時，若電弧重燃，則會產(chǎn)生重燃過電壓，極端情況下過電壓幅值會隨電弧重燃次數(shù)增加而按1、3、5、7……倍數(shù)增加，但若隔離開關裝設阻尼電阻R，既會使電弧重燃次數(shù)減少或不發(fā)生，又會在電弧重燃時起阻尼作用，使過電壓幅值和流過R 的電流大大降低，阻尼電阻與隔離開關觸頭采取并聯(lián)方式，原理圖如下。

750 kV GIS 隔離開關的開斷和關合時間約4s，三相不同期時間<1s，最大投入時間<0.2s。隔離開關開斷時先在動、靜觸頭間產(chǎn)生電弧，隨著靜動觸頭間的距離增大，動觸頭離開電阻屏蔽電極，在兩者間產(chǎn)生斷口重燃電弧，R 自動投入，從而抑制VFTO 幅值。

3.2 加裝阻尼電阻后仿真分析

研究表明，當電阻由400? 增大到1200? 時，隨著電阻值的增加，抑制效果逐步減弱。本文建模分析阻尼電阻取值為400?，其他等效參數(shù)與表1 取值相同，仿真得到隔離開關各側(cè)、變壓器入口和GIS 母線等處的VFTO 波形如下。

表1 各設備處過電壓幅值

在設置阻尼電阻作為VFTO 抑制措施后，統(tǒng)計各設備處VFTO幅值如表2所示。

表2 加阻尼電阻后各設備處過電壓幅值

為GIS隔離開關設置阻尼電阻，可以抑制各設備處的VFTO 幅值，變壓器入口VFTO 下降了0.036p.u.，其他各設備處的過電壓幅值均有明顯下降，加裝阻尼電阻在抑制VFTO方面起到積極效果。

4 結(jié)束語

通過仿真研究發(fā)現(xiàn)，大唐發(fā)電廠750kV GIS 中母線端部處VFTO 幅值高于隔離開關處和變壓器入口處，達到2.381p.u.。通過在GIS 隔離開關加裝阻尼電阻，可將同位置的VFTO 幅值限制到1.324p. u.，抑制效果比較明顯。

通過分析可知，變壓器高壓側(cè)前50%的餅間VFTO 峰值波動劇烈，而后50%繞組餅間的VFTO 峰值波形相對平滑。因此，除了為GIS隔離開關設置阻尼電阻，建議在該項目變壓器訂貨時，相應提高其高壓側(cè)繞組前50%的匝間絕緣裕度，為變壓器高壓側(cè)絕緣壽命提供更有利保障。