隔离开关操作速度对特快速瞬态过电压的影响

隔离开关操作速度对特快速瞬态过电压的影响

张喆

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：在进行特高压气体绝缘开关设备中的隔离开关操作的时候,因为它的动作会比较慢,会出现几十次的触头间隙的重复击穿,出现高幅值的、高陡度、大频率的特快速瞬态过电压,有时还会导致气体绝缘开关设备受不良影响。因此,操作速度是隔离开关的一大主要性能,并对特快速瞬态过电压有很大影响,而存在一些看法,其中一个看法是为了减少操作所需要的时间,降低重复击穿次数来减少特快速瞬态过电压产生的次数,可以降低隔离开关速度;还有一个看法是降低隔离开关速度有利于降低合闸操作的特快速瞬态过电压。而这些看法过于单一,所以,采取定量分析,运用统计的分析方法探讨了隔离开关速度对特快速瞬态过电压的影响。具有重要意义。本文对隔离开关操作速度对特快速瞬态过电压的影响进行论述，首先对隔离开关的特点进行论述，之后提出隔离开关操作速度对特快速瞬态过电压的影响，希望能够对日后工作起到一定的参考性意义。

关键词：隔离开关速度过快；快速瞬态过电压；影响

1隔离开关

隔离开关:顾名思意，是在电路中起隔离作用的。特点是:

在电气设备检修时，提供一个电气间隔，并且是一个明显可见的断开点，用以保障维护人员的人身安全[1]。

隔离开关不能带负荷操作:不能带额定负荷或大负荷操作，但是有灭弧室的可以带小负荷及空载线路操作。

一般送电操作时:先合隔离开关，后合断路器或负荷类开关:断电操作时:先断开断路器或负荷类开关，后断开隔离开关。

2特快速瞬态过电压的统计分析及结果

2.1分闸过程中的特快速瞬态过电压的分析

隔离开关拉开时，开始应慢且谨慎些，当动触头离开静触头时，如果发生电弧，运行人员应立即将隔离开关合上，停止操作[2]。但是在切断小负荷电流和充电电流时，拉开隔离开关将有电弧产生，此时应迅速将隔离开关断开，以便顺利消灭电弧。在拉闸终了时要缓慢，这是为了防止冲击力对支持瓷瓶和操作机构的损坏，后运行人员应检查连锁销子是否销好。在隔离开关拉开后，运行人员应认真检查隔离开关确实在断开位置，断开的空气绝缘距离应合格，并检查动触头确实已拉到尽头，并且拉开的角度应符合制造厂家的规定。对于室内隔离开关，如果断开的绝缘距离不够，应插入绝缘隔板，否则带电侧与停电挂地线的一侧会发生放电短路事故。

　鉴于以上分析，特总结如下：手动来开隔离开关时，应慢而谨慎，如触头刚分离时发生弧光应迅速合上并停止操作，立即检查是否为误操作而引起电弧。运行人员在操作隔离开关前，应先判断拉开该隔离开关是否会产生电弧，在确保不发生差错的前提下，对于会产生弧光的操作应快而果断，并尽快使电弧熄灭，以免烧坏触头。

2.2合闸过程中的特快速瞬态过电压的分析

隔离开关合闸时出现的特快速瞬态过电压和隔离开关合闸之前的负载侧母线的剩余电压相关,而这些残留电压大多数是在隔离开关分闸操作结束后出现,所以在分析过程中要充分考虑它的影响[3]。用隔离开关随机分闸后的负载残留电压当作合闸前的汇流母线残留电压,在很大程度上与现实状况符合程度高。分析的过程中要注意隔离开关的分闸时间、合闸时间是不固定量,并均匀分布在同一个周期之内,每一次操作都是分闸产生的负载侧残留电压当作隔离开关合闸第一次击穿前的残留电压,然后对隔离开关每次合闸时出现的最大特快速瞬态过电压变化数值记录统计。可以知道,当考虑隔离开关负载侧残留电压是随机分闸行为产生的时候,隔离开关动作越慢,合闸所产生的特快速瞬态过电压最大值和最小值的范围越低;而当隔离开关速度较低时,合闸前的负载侧残留电压也相应更少,合闸产生的特快速瞬态过电压也显著降低[4]。

2.3模拟与实际测试结果分析

对于实验中的特快速瞬态过电压,实验的电线要互相和两个不同的隔离开关相适应,一个是低速隔离开关;另一个是高速隔离开关。同时,低速隔离开关的分闸和合闸的速度是0.4m/s左右;高速隔离开关的分闸速度是1.7m/s左右,合闸速度是2.4m/s左右。把实验过程中得到的隔离开关触头间隙击穿电压伴时间发生改变的关系曲线作为基础,进行一定的分析工作后,对隔离开关操作过程进行模拟,然后和实际测量得到的结果对比[5]。对两种隔离开关分闸操作结束后的负载侧残留电压进行数据记录和分析,模拟与实测结果作对比,可以得出仿真结果与实测结果的改变趋势大致相同,在低速开关中,分闸后残留的电压绝对值大多小于0.9pu,在高速开关中,它的分闸之后出现高变化数值的残留电压的几率相对于低速开关要大。对这两种隔离开关的分闸和合闸的操作中出现的最大特快速瞬态过电压进行数据记录和分析。分闸过程的特快速瞬态过电压仿真与实际分布状态和变化趋势很大程度上相近。模拟结果特快速瞬态过电压分布比实际测量结果整体上显得较高。特快速瞬态过电压的实验结果在一定程度上证明了这个模拟方法具有可行性和有效性。

3隔离开关重复击穿全过程仿真

3.1算法研究

隔离开关操作时，当断口电压大于其间隙击穿电压时，断口会发生重燃，此时整个GIS回路处于高频振荡过程，该阶段仿真考虑暂态波过程，采用分布参数电路；当断口电压小于其间隙击穿电压时，断口电弧熄灭，GIS回路的波过程结束，恢复至工频稳态，采用集总参数电路。因此，隔离开关重复击穿VFTO全过程仿真的核心就是实现上述工频稳态和高频振荡这两个过程的多次交替运算。

VFTO典型波形可知，高频振荡过程的仿真需要采用很小的时间步长，若整个分/合闸过程都采用小步长计算，则计算量和数据量非常大，这就需要采用变步长计算方法来提高仿真运行的效率。

3.2仿真实现

首先，建立工频稳态电路模型，只需考虑试验回路的集总参数，寻找满足击穿条件的击穿时刻，得到此时的电路参数；然后，将稳态计算所得的电路参数手动赋给暂态电路作为高频暂态仿真的初始参数值，进行高频暂态过程仿真。仿真隔离开关与试验条件一致，仿真与试验结果对比，分合闸过程整个开关动作时间30ms，重复击穿持续13ms，均与试验得到的波形结果十分接近，说明该全过程仿真模型使用变步长计算方法是比较合理的。

4结束语

综上所述,隔离开关的操作速度对特快速瞬态过电压的影响力比较大。因此,在选择和设置气体绝缘开关设备内的隔离开关时,要注意操作速度的影响。

参考文献

[1]赵琳,叶丽雅,杨勇,蒋鹏.550kVGIS隔离开关操作引起特快速瞬态过电压仿真研究[J].浙江电力,2018,37(12):86-92.DOI:10.19585/j.zjdl.201812015.

[2]刘彬,叶国雄,童悦,黄华.气体绝缘开关设备的隔离开关分合操作对电子式互感器电磁兼容特性的影响[J].高电压技术,2018,44(04):1204-1210.DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20180329020.

[3]熊俊,张伟,石雨鑫,卢斌先.快速瞬态过电压激励下二次电缆终端传导和辐射干扰水平对比研究[J].科学技术与工程,2017,17(15):234-237.

[4]韩彬.优化隔离开关操作速度抑制特快速瞬态过电压的机理及应用研究[D].中国电力科学研究院,2017.

[5]李成榕,特高压GIS变电站特快速瞬态过电压特性与抑制技术及其应用.北京市,华北电力大学,2016-05-05.