南阳站1100kV HGIS VFTO仿真

南阳站1100kV HGIS VFTO仿真魏长宇1，孙永恒2，曹祥麟3，魏俊梅2（1. 机械工业高压电器设备质量检测中心，沈阳，110021；2. 新东北电气（沈阳）高压开关有限公司，沈阳，110021；3. 广东省电力设计研究院，广州，510663)摘要：对隔离开关操作引起的VFTO进行仿真是实现合理的绝缘配合及建设坚强特高压电网的重要课题。

针对1000kV南阳开关站的HGIS布置，对隔离开关操作引起的VFTO进行了计算分析，计算结果表明隔离开关中电阻对VFTO具有显著的抑制作用。

南阳开关站隔离开关带有500欧抑制电阻，在最苛刻条件下关合GIS中的VFTO幅值最大为1266.6kV，远低于其额定雷电冲击耐受水平2400kV；关合一次抑制电阻吸收的能量远低于其额定热容量；因此南阳开关站的隔离开关可以可靠操作。

关键词：1100kV HGIS；隔离开关；VFTO；抑制电阻VFTO Computation of 1100kV HGIS in Nanyang SubstationWei Chang-yu1 , Sun Yong-heng2,Cao Xiang-lin3, Wei Jun-mei 2 （1. High Voltage Apparatus Quality Test & Research Center, Shenyang，110021；2. New Northeast Electric (Shenyang) High Voltage Switchgear Co.,ltd, Shenyang，110021；3. Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou, 510663)[Abstract] VFTO computation is one of the main themes in order to realize reasonable insulation coordination and to construct strong extra-high voltage electric grids. For the 1100kV HGIS layout in Nanyang substation, the VFTOs caused by disconnector switching were computed, the results show that the suppressed resistor is powerful to control VFTOs. The disconnector in Nanyang substation is equipped with 500Ω resistor, under the severest closing condition, the peak of VFTO in GIS is 1266.6 kV, which is much lower than its rated LIWV level 2400kV; the energy absorbed by suppressed resistor during a closing process is much lower than its rated thermal capacity; So the disconnector in Nanyang substation can be switched reliably.[Key words] 1100kV HGIS; disconnector; VFTO, suppressed resistor0 引言发展特高压电网，是优化电力发展的必然要求[1]。

经过充分的研究和论证，国家电网公司于2006年在我国开始建设1000kV 特高压交流输变电系统。

2008年底，我国首条1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程建成并投入商业化运行。

在这期间，新东北电气（沈阳）高压开关有限公司（简称新东北电气）成功研制了1100kV HGIS （hybrid gas insulated switchgear) 设备并为南阳开关站供货（见图1）。

图1 南阳站1100kV HGIS 设备Fig1 1100kV HGIS in Nanyang substation南阳开关站1100kV HGIS 由断路器、隔离开关、维护用接地开关、快速接地开关、电流互感器、母线、伸缩节及套管等主要元件组成，其主要技术参数见表1。

表1 1100kV HGIS 的主要技术参数Tab 1 Main technical parameters of 1100kV HGIS在GIS或HGIS中，隔离开关被经常合或分操作用以投入、切断或转换线路。

当隔离开关被操作时，其动静触头间会发生多次重击穿，每一次击穿都可能产生非常快速暂态过电压（简称VFTO）。

根据相关研究[2-5]，VFTO幅值可能达到设备额定运行电压峰值的 2.5~3倍，且其具有纳秒级的电压变化率并伴随有高频振荡。

一般说来，VFTO的危害有（1）损坏本设备；（2）损坏其它设备；（3）对低压设备的电磁干扰[6-15]。

因此，对于1000kV特高压电站，降低VFTO就成为实现合理的绝缘配合及建设坚强特高压电网的重要课题。

文献[16]对中国初期规划的1000kV特高压电站隔离开关操作可能产生的VFTO进行了计算分析。

文献[17]对新东北电气研制的1100kV HGIS设备的主要特点进行了介绍。

本文针对1000kV南阳开关站最终的HGIS布置，对隔离开关操作引起的VFTO进行了计算分析，计算过程比较了母线残压对VFTO的影响，比较了隔离开关抑制电阻对VFTO的影响，计算结果表明南阳开关站的隔离开关可以可靠频繁放心地操作。

1 1100kV隔离开关内部结构及工作原理南阳开关站采用的1100kV隔离开关带有500Ω抑制电阻，其分闸过程的动作原理见图2。

图2 1100kV隔离开关动作原理Fig2 Principle of motion of 1100kV disconnector 图2（a）隔离开关处于合闸位置；图2（b）分断过程中，动触头未运动出静侧上端屏蔽罩，重燃电弧发生在动触头和上端屏蔽罩间，抑制电阻被接入回路；图2（c）分断过程中，动触头运动出了静侧上端屏蔽罩，重燃电弧发生在动触头和上端屏蔽罩间，抑制电阻同样被接入回路；图2（d），隔离开关处于分闸位置。

隔离开关合闸时抑制电阻以同样的原理被有效接入。

2 1100kV隔离开关操作引起的VFTO计算操作隔离开关引起的VFTO特性与电站的电压等级、布置方式、高压设备元件的暂态特性、母线上残压、隔离开关结构及其操作方式等众多因素有关。

南阳开关站的单线图如图3所示，包含两个断路器（CB）、四个隔离开关（DS）、三个套管（BG）、两个电容式电压互感器（CVT）和两个并联电抗器（SHUNT），设备的详细布置见图1。

图3 南阳站单线图Fig3 Single line diagram of Nanyang substation 本文针对南阳开关站1100kV HGIS设备的具体布置，应用电磁暂态程序A TP对该站隔离开关操作可能产生的VFTO进行了仿真计算。

考虑两种可能的操作方式，方式1：长治侧母线带电，荆门侧母线空载，所有开关均处于分闸位置，关合DS2；方式2：荆门侧母线带电，长治侧母线空载，所有开关均处于分闸位置，关合DS1。

对应操作方式1的计算模型见图4。

计算线路中忽略了高压线路及高压设备的高频电阻，用到设备的等值模型及相关参数及见表2。

图4 南阳站VFTO仿真线路图（操作方式1）Fig4 Circuit of VFTO computing of Nanyang substation 表2 用于VFTO计算分析的参数Tab 2 Parameters used in VFTO computing2.1 操作方式1引起的VFTO计算母线残压和隔离开关抑制电阻是影响VFTO最为重要的两个因素。

关于隔离开关操作方式1产生的VFTO ，计算时考虑了DS2与CB1间的短母线（长度为4680mm ）分别带-0.5p.u.、-1p.u.（1.0p.u.=898kV ）两种残压，考虑了DS2分别带0Ω、20Ω、500Ω等三种阻值抑制电阻时的多种工况。

假定关合时动静触头间击穿发生在电源电压峰值处。

由于后续现场测试过程中可能在DS2、BG1、BG3、SHUNT2四个位置处设置传感器，且考虑到短母线实际开路端的VFTO 值较高，故计算结果给出了DS2、BG1、BG3、SHUNT2及短母线开路处（见图4中左起第一个测试点）等关键位置的电压振荡过程如图5~9所示，抑制电阻吸收的能量如图10所示。

多种工况下的VFTO 幅值比较见表3。

图5 DS2处的电压振荡过程Fig 5 VFTO at DS2图6 BG1处的电压振荡过程Fig 6 VFTO at BG1图7 BG3处的电压振荡过程Fig 7 VFTO at BG3图8 SHUNT2处的电压振荡过程Fig 8 VFTO at SHUNT2图9 短母线开路处的电压振荡过程Fig 9 VFTO at short bus图10 DS2中抑制电阻吸收的能量Fig 10 Energy absorbed by resistors in DS2表3 隔离开关操作方式1 VFTO 幅值比较（母线残压-1.0p.u ）Tab 3 Peaks contrast of VFTOs caused by disconnectoroperation in way 1(trapped charge -1.0p.u) 由图5~图9及表3可知，对于隔离开关操作方式1，母线残压越高，VFTO 幅值越高；隔离开关抑制电阻阻值越大，VFTO 幅值越低且振荡衰减得越快。

最大VFTO 幅值发生在短母线开路处，当母线残压为-1.0p.u.，不带抑制电阻时，VFTO 幅值为1987.5kV ；抑制电阻为20Ω时，VFTO 幅值为1713.8kV ；抑制电阻为500Ω时，VFTO 幅值仅为1266.6kV 。

在DS2处，当母线残压为-1.0p.u.，不带抑制电阻时，VFTO 幅值为1533.6kV ；抑制电阻为20Ω时，VFTO 幅值为1417.9kV ；抑制电阻为500Ω时，VFTO 幅值仅为1114.7kV 。

带抑制电阻后，由于幅值的降低，VFTO 的电压变化率同样得到了较大限制。

因此，抑制电阻对于限制VFTO 具有显著作用。

由于受CB1和DS1两个断口的隔断， BG1处的VFTO 幅值相对较低，最大仅为111.3kV （对应-1.0p.u ，0Ω抑制电阻）。