國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）旨在解決國家戰(zhàn)略需求中的重大科學問題，面向前沿高科技戰(zhàn)略領域超前部署基礎研究�！敖恢绷魈馗邏狠旊娤到y(tǒng)電磁與絕緣特性的基礎問題研究”作為國家973計劃項目，重點解決特高壓輸電線路安全性與經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)，及關鍵設備核心設計技術的自主化難題。本報今起開辟“國家973計劃項目——特高壓電磁與絕緣特性科普系列”欄目，刊登該項目相關研究成果科普知識。

　　雷電是日常生活中常見卻令人害怕的現(xiàn)象，因其發(fā)生突然、放電猛烈、聲響巨大，且伴有極大的破壞力而成為不可忽視的自然災害。人們常常被告知，雨天打雷時要關掉電視、不能在雷雨中接打手機，否則容易引發(fā)雷擊，造成人身傷亡、財產(chǎn)損失等。追根溯源，這就是過電壓對人身及家用電器造成的影響。

　　輸配電網(wǎng)中的各種電氣設備也會承受諸如雷電等各種類型的過電壓，即各種瞬態(tài)電壓沖擊。通過幾十年的研究，已基本能控制危害。隨著變電站封閉式組合電器（GIS）的廣泛應用，尤其是輸電網(wǎng)電壓等級的逐漸提高，一種相對新型的過電壓現(xiàn)象——VFTO日漸凸顯，如何避免這類瞬態(tài)沖擊對輸配電網(wǎng)，尤其是特高壓電網(wǎng)的危害，成為了一個不容回避、亟待攻破的難題。

　　什么是VFTO

　　傳統(tǒng)過電壓可按電網(wǎng)內(nèi)部原因（操作過電壓、諧振過電壓等）和外部原因（主要指雷擊過電壓）進行分類，也可按持續(xù)時間分為暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。一般而言，內(nèi)部過電壓持續(xù)時間長（毫秒級），雷電過電壓持續(xù)時間短（微秒級）。而VFTO則兼具二者的特點，它由電網(wǎng)內(nèi)部原因——隔離開關帶電投切空載短管線操作產(chǎn)生，其沖擊波的頻率卻可能高達數(shù)百兆赫茲。簡而言之，VFTO可定義為波前時間在3～100納秒范圍內(nèi)的瞬態(tài)過電壓，主要來源于隔離開關操作，也可以稱為隔離開關操作過電壓。

　　VFTO產(chǎn)生的根本原因是隔離開關觸頭兩端的電壓差導致觸頭間隙擊穿，該擊穿瞬間會產(chǎn)生上升沿極陡的沖擊電壓，并在GIS內(nèi)部傳播。由于GIS回路各部件的結構及參數(shù)不同，這種沖擊波經(jīng)過不斷的折、反射和波形疊加，終形成可能對設備絕緣安全造成威脅的瞬態(tài)沖擊電壓。

　　與其他過電壓不同，因為觸頭的運動速度較慢，一次隔離開關操作中，可產(chǎn)生的VFTO波形可達數(shù)十甚至上百次之多。VFTO的大小會隨著觸頭間隙擊穿的情況而變化，簡單來說分閘過程中產(chǎn)生的VFTO幅值越來越大，合閘過程反之。而理論大VFTO，即出現(xiàn)在隔離開關兩側(cè)電壓都處于峰值且極性相反時發(fā)生的擊穿。這種極端情況出現(xiàn)的次數(shù)多嗎，是不是可以避免？這些問題，都需要通過理論分析和實際試驗來回答。

　　既然是過電壓，VFTO的首要危害當然是對一次設備絕緣的影響（如造成盆式絕緣子的閃絡故障）。除此之外，因智能變電站設備布置緊湊，一次設備和二次設備距離很近，也會導致二次設備易受到各種電磁污染的影響而發(fā)生誤動誤報（如繼電保護裝置誤報故障），甚至出現(xiàn)直接失效（如密度繼電器損壞故障）的嚴重情況。

　　在我國特高壓工程投運初期，因?qū)μ馗邏篤FTO特性、危害和抑制方法的有效性等缺乏研究，在特高壓變電站中都盡量避免隔離開關帶電投切短母線的操作，這給變電站運行帶來極大不便，影響特高壓電網(wǎng)運營效益的提升。

　　所以，從變電站設備安全性、運行可靠性等方面來說，深入研究特高壓變電站電磁暫態(tài)過電壓的機理及其防護方法，有著強烈的現(xiàn)實需求。