淺析封閉式組合電器隔離開關產生的過電壓

高向飛

摘 要：隨著社會的進步，電力系統的發展越來越完善，接入的負載功率也越來越大，隨之對電網的損耗有很大的影響，高功率的負荷用電，使人們對開關的要求也越來越高，封閉式組合電器隔離開關的過電壓得到了關注，不斷地深入研究。文章將對封閉式組合電器隔離開關產生的過電壓進行全面的解釋及分析。

關鍵詞：過電壓；電力系統；負荷；組合電器隔離開關

1 過電壓種類及其危害

1.1 過電壓的分類

（1）大氣過電壓：大氣過電壓的持續時間比較短，但是在短時間內具有較強的沖擊性，這與雷擊的強度有直接的關系。設備的電壓的等級不存在關系影響。

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

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

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

（5）暫態過電壓：暫態過電壓是電力系統重新達到暫時穩定狀態下出現的電壓，是由于斷路器的操作或者發生短路造成的。

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備損壞原因，其可以通過網絡耦合等方式進行轉移。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生擊穿。其自身的電壓升高，從而發生了第二次重燃現象。并且經過多次充放電之后，觸頭間的回復電壓和負載端的電壓都會相繼升高。在發生了多次重燃后，便會造成電氣設備不同程度的損壞。

1.3 暫態過電壓

運行操作中出現最頻繁的過電壓就是暫態過電壓，往往造成電氣設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重。

2 SF6封閉式組合電器中的特快速暫態現象

最近幾年的數據顯示，GIS已經在國際上得到了認可。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備絕緣層的損壞。文章針對這種現象進行了研究。

2.1 GIS隔離開關的工作原理

圖1為隔離開關分閘時產生陡波前過電壓的過程。以隔離開發處于分閘狀態為例，說明了過電壓與開關觸頭間距的關系以及隔離開關兩側電壓高于VR時隔離開關被擊穿的原因。

在正常的GIS設計中，階躍跳變電壓波是在電壓跳變的過程中產生的，速度之快可達到3ns。這樣反復的跳變，不斷的產生階躍電壓波，并且這些電壓波經過復雜的折射、發射過程才能形成GIS的現象。

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DT開合一段短負荷母線（DT與DA之間的母線）。在進行合閘操作前，負荷側母線必須充以-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DA斷開。由于GIS母線泄露電阻很大，負荷側母線將保持這一電壓不變，這時將電源側（DT左側）電壓升至試驗電壓，最后關合被試隔離開關DT。由于負荷側母線已經預充了負的直流電壓，隔離開關將在電源側電壓峰值處附近擊穿，產生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現象，打開DT即可。

2.3 多次重燃的研究

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

在實驗之后，對隔離開關的3中實驗重燃過程進行了計算，并且在這之前，已將擊穿電壓與分合時間關系轉換成為了EMTP可以輸入的數據。通過對數據進行綜合計算后發現，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在打開和關閉情況下其電容器對電流的能力。

在計算中還發現，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3.0p.u。這正符合了理論上的推斷。經過這次實驗，知道了在實際應用中，隔離開關的斷口必須達到方式2中斷口的耐受強度，才能經得起過電壓的損耗。

另外通過試驗中方式2證明，在剛剛實現了開斷操作，并且短母線還殘留有電荷便再次進行開斷操作，這時將是十分危險的。因為此時開關的開合相位正好是工頻電壓的峰值，此時產生的暫態過電壓也是最高的。經過模擬實驗，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，開關觸頭間的距離與隔離開關的開合狀態有著直接的關系，距離越大，造成的過電也越高，并且在重燃的最后階段產生的過電壓是全程最高的。

3 結束語

總之，想要得到比較精確的計算結果，就必須對多種模擬量進行假設計算，在計算的過程中要根據設備的特點及實驗站的具體的情況來取證，通過對數據的綜合分析計算后才是我們想要的結果。

參考文獻

[1]尹曉芳，楊左，曲再文，等.500kV GIS中隔離開關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110kV及以上隔離開關運行情況分析[J].浙江電力，2013.

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

[4]孫彤.GIS中快速暫態過電壓的數值計算與分析[D].沈陽工業大學，2010.

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