500kV GIS隔离开关操作高频过电压仿真计算

500kV GIS隔离开关操作高频过电压仿真计算

朱伟岸 1 查流芳 2

1. 安徽省观哲电力工程有限责任公司 安徽芜湖 241000

2.国网安徽省电力有限公司芜湖供电公司 安徽芜湖 241000

摘要：采用电磁暂态仿真软件EMTP程序建立了某500kVGIS开关站仿真模型，计算了隔离开关操作时产生的快速暂态过电压。计算结果表明，利用GIS中隔离开关投切主变时，计算结果表明500kV充油电缆对VFTO的传播具有抑制作用，降低了对主变的影响。并从理论上分析了安装发电机出口断路器后，采用合理的操作方式，能有效的消除检修主变时产生的VFTO危害。

关键词：切空载变压器；合空载变压器；特快速暂态过电压；仿真计算

随着GIS电压等级的逐渐提高以及应用的逐步增多，GIS操作过程中出现的事故也逐渐增多。例如2001年浙江北仑电厂一台500kV联络变因快速暂态过电压导致烧毁，因此对GIS操作中过电压的研究很有现实意义。

GIS操作过电压主要有以下三种：切空载变压器过电压、合空载变压器过电压以及GIS中隔离开关操作引起的高频过电压。

本文尝试利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP，建立了该500kVGIS仿真模型，计算隔离开关操作时产生的VFTO幅值。最后从理论上分析了在安装发电机出口断路器后，按照规定操作顺序，可彻底消除3/2接线型式下GIS操作产生的VFTO对主变匝间绝缘的危害。

仿真计算模型及基本数据

该变电站500kVGIS介绍

该500kVGIS开关站采用3/2接线型式，本期工程共设置2个完整串、1个不完整串。2台机组分别以发电机——主变压器单元制接线型式，接入500kVGIS，发电机出口侧配置出口断路器。

计算模型

变压器本文计算中取 =5000pF；GIS管线波阻抗80Ω，波速103.8m/us；断路器和隔离开关静态电阻，此处取2Ω；架空线波阻抗350Ω，波速300m/us；电缆采用分布参数模型，波阻抗69Ω，波速103.8 m/us；套管对地电容320pF。

隔离开关操作时的VFTO计算及防护措施

VFTO的计算

本文主要计算分析500kVGIS开关站投切主变压器时产生的VFTO。考虑主变经发电机带电后，断开500kV开关站中该主变进线两侧断路器后，接着操作进线两侧GIS隔离开关产生的VFTO。该500kV开关站EMTP仿真模型如下图。

图1 500kV开关站EMTP仿真模型

以操作1#主变为例，切除1#主变时，先分闸120JA和130JA，再分闸122JS和131JS，最后断开发电机出口断路器。为了考虑电弧多次重燃的严重性，在下面的计算中取断路器侧残余电压为-1.0p.u.。

根据隔离开关的操作顺序，分为四种情况计算产生的VFTO：

方式一：隔离开关122JS闭合，操作隔离开关131JS。

方式二：隔离开关122JS断开，操作隔离开关131JS。

方式三：隔离开关131JS闭合，操作隔离开关122JS。

方式四：隔离开关131JS断开，操作隔离开关122JS。

分别测量1#主变入口处、SF6油气套管、500kV充油电缆变压器侧、500kV充油电缆开关站侧和操作隔离开关侧的电压。

方式一VFTO最大值（kV）：主变508.6、SF6油气套管566.84、500kV电缆靠近主变侧639.1、500kV电缆靠近GIS侧986.48、操作隔离开关侧724.03。

方式二VFTO最大值（kV）：主变553.38、SF6油气套管611.1、500kV电缆靠近主变侧854.99、500kV电缆靠近GIS侧1011.6、操作隔离开关侧932.37。

方式三VFTO最大值（kV）：主变508.2、SF6油气套管568.45、500kV电缆靠近主变侧647.5、500kV电缆靠近GIS侧1002.6、操作隔离开关侧723.79。

方式四VFTO最大值（kV）：主变548.98、SF6油气套管597.45、500kV电缆靠近主变侧861.6、500kV电缆靠近GIS侧1015.1、操作隔离开关侧934.75。

从数据可以看出，操作方式2和操作方式4下产生的VFTO幅值比较大，也就是说在切除1#主变时，隔离开关122JS或131JS其中一个先断开情况下，操作另外一个隔离开关时产生的VFTO比较严重。

从波形图中可以测量出：主变VFTO最大幅值为1.29 p.u.；SF6油气套管VFTO最大幅值为1.43 p.u.；500kV电缆靠近主变侧VFTO最大幅值为1.49 p.u.；500kV电缆靠近GIS侧VFTO最大幅值为2.37 p.u.；操作隔离开关侧VFTO最大幅值为2.18 p.u.。500kV充油电缆GIS侧的陡度为26.52MV/us，变压器入口处的陡度为639.84kV/us。

目前IEC绝缘配合标准尚未确定特高压VFTO典型试验波形和GIS管道对VFTO的限制标准。一般采用雷电冲击耐受电压作为VFTO的参考电压，该主变的雷电耐受水平为1550kV，则主变入口能承受的VFTO波前陡度定为1550kV/1.2us=1291.6kV/us。可以看出由于主变和500kVGIS开关站之间用电缆连接，且电缆较长，VFTO幅值和陡度传播到主变入口处已大为衰减，仅有639.84kV/us，对主变绝缘危害不严重。但是每次GIS隔离开关操作时，主变都会经受超过额定电压的冲击，长期积累，对变压器的绝缘也是不利的。因此，建议该客户避免此种主变投切的方式。

结论

利用隔离开关投切主变时，不同地操作方式产生的VFTO幅值不同，主变至500kV开关站之间有一段较长的充油电缆，对GIS中VFTO传播具有抑制作用，降低了对主变造成的危害。

计算结果表明：1#主变入口处的VFTO最大幅值和陡度分别为1.29 p.u、639.84kV/us，对变压器的绝缘危害不大。考虑到GIS中每次隔离开关操作时，主变都会经受超过额定电压的冲击，建议避免利用隔离开关投切变压器。

参考文献

阮全荣,施　围. GIS隔离开关带分合闸电阻抑制VFTO的研究[J].高电压技术, 2005, 31(12): 6-8.

谷定燮. 1 000 kV GIS变电所VFTO特性研究[J].高电压技术, 2007, 33(11): 27-32.

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