[發明專利]一種GIS特快速暫態過電壓的有源抑制方法和系統

有效

• 申請號: 202110853151.1
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113471947B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 康博;沈堅;朱蕊莉;黃一凡;何世杰
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04;H02H7/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明屬于電力的發電、變電或配電領域，涉及一種GIS特快速暫態過電壓(VFTO)的有源抑制方法和系統。包括：采集GIS隔離開關分合操作產生的VFTO行波；對VFTO行波進行傅里葉分解，得到頻率不同的正弦波序列；在隔離開關處，通過波形發生裝置發出與VFTO行波的前N次周期性正弦波幅值相等且相位相差180°的正弦波，與VFTO同方向傳播；VFTO行波與波形發生裝置產生的波發生疊加，相互抵消，起到抑制VFTO的作用。本發明是一種主動降低VFTO行波的方法和系統，具有抑制效果顯著、抑制過程和抑制效果可控的優點，可徹底解決GIS特快速暫態過電壓(VFTO)問題，使用范圍廣，具有明顯的經濟和社會效益。

技術領域

本發明屬于電力的發電、變電或配電領域，涉及一種GIS特快速暫態過電壓(VFTO)的有源抑制方法和系統。

背景技術

電力系統存在波頭很陡、頻率很高的操作過電壓，這種過電壓經常出現在氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)中。

GIS中隔離開關分合操作時，由于觸頭運動速度慢，開關本身的滅弧性能差，故觸頭間隙會發生多次擊穿和熄滅，可能造成頻率非常高的過電壓，其起始前沿一般在3～200ns之間，稱之為特快速暫態過電壓(Very?Fast?Transient?Overvoltage，VFTO)。雖然特快速暫態過電壓幅值并不高，一般不超過2.5p.u.，但它的頻率遠高于雷電過電壓，而電力系統常用的金屬氧化物避雷器(MOA)無法限制這種過電壓，在超高壓及特高壓系統中造成的事故率超過了雷電沖擊和操作沖擊下的事故率。特快速暫態過電壓可能威脅到GIS及其相鄰設備的安全，特別是變壓器匝間絕緣的安全，也可能引起變壓器內部的高頻振蕩。

《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》(GB/T?50064-2014)中第4.3.1款規定，范圍ⅡGIS和HGIS變電站應預測隔離開關開合管線產生的VFTO。當VFTO會損壞絕緣時，宜避免引起危險的操作方式或在隔離開關加裝阻尼電阻；新版《導體和電器選擇設計技術規定》(送審稿)中第6.0.8款中規定，變壓器的330kV及以上電壓等級出線端采用油/SF6氣體套管與GIS配電裝置連接時，宜經仿真計算，校核GIS隔離開關操作產生的特快速暫態過電壓(簡稱VFTO)對變壓器繞組絕緣可能造成的影響。必要時，應采取隔離開關加裝阻尼電阻等限制VFTO的措施或提高變壓器繞組耐壓水平。

VFTO的主要危害體現在以下三方面：

(1)致使絕緣老化

電氣設備多次受到較高幅值特快速暫態過電壓的沖擊，長此以往，經過長時間的作用會給設備的絕緣性帶來潛在的危害。

(2)對變壓器及套管的影響

當GIS內部產生VFTO在母線上以行波的形式傳播到套管上時，一些行波將會耦合到外面的GIS管道母線、高壓電纜或架空線上并傳播到外接設備，其中以與GIS直接相連的主變壓器受到的影響最嚴重。我國某500kV?GIS發電站曾發生過因VFTO對變壓器的作用而導致絕緣嚴重損壞的事故。VFTO的陡度有時極高，通常波頭呈指數上升，因此變壓器首端對此過電壓的絕緣要求高。由于GIS管道母線、高壓電纜或架空線連接著變壓器與GIS設備，故VFTO的諧波分量會傳輸到變壓器繞組匝間、層間形成很不均勻的分布且可能引起繞組的共振，這可能引發高頻率的諧振過電壓，加上數次的累積效應可能會使變壓器絕緣擊穿。

(3)對二次設備的影響

VFTO的行波可以以電流互感器和電壓互感器里面的雜散電容為媒介而傳進相鄰的二次電纜中，從而影響二次設備。不僅如此，它也可以從接地網傳入二次電纜的屏蔽層，然后進入二次電纜芯，這樣與之相連的各種二次設備將受到嚴重干擾甚至被損壞。

一般在工程中采用在隔離開關中加裝阻尼電阻的方式抑制VFTO，也有采用在母線上加裝鐵氧體磁環的方式抑制VFTO，目前的抑制措施均屬無源抑制的范疇。

發明內容