特高壓VFTO的特性

　　要搞清楚VFTO的特性，直接的方法是通過實測得到VFTO的波形，而VFTO的特點決定了測量系統(tǒng)一方面需要準(zhǔn)確記錄高達上百兆赫茲的高頻波形細(xì)節(jié)，另一方面還要準(zhǔn)確記錄其中的低頻分量、工頻分量乃至準(zhǔn)直流分量。這就要求測量系統(tǒng)為高低頻特性都要優(yōu)異的全能型選手。經(jīng)過多方攻關(guān)努力，終這個問題通過高頻特性優(yōu)異的窗口式電容分壓器，外加集成阻抗變換器的測量方案獲得完美解決。

　　具備了性能優(yōu)異的測量系統(tǒng)，開展一系列實測工作以研究特高壓VFTO特性變得水到渠成。通過在特高壓交流試驗基地建立的特高壓真型GIS試驗回路，我國在世界上開展了4000余次隔離開關(guān)操作試驗，研究了各個因素對VFTO的影響，如GIS結(jié)構(gòu)型式、接線布置、安裝方式等。

　　從試驗結(jié)果看，試驗回路上得到的大VFTO約為2037千伏，上升時間約30～60納秒，陡度約為30～40千伏/納秒。VFTO波形特性主要由隔離開關(guān)擊穿特性和回路參數(shù)所確定，且對GIS長度極為敏感，有時長度差別僅1米，VFTO波形的幅值可能相差數(shù)十甚至上百千伏。

　　出現(xiàn)大VFTO的概率與隔離開關(guān)速度相關(guān)性較大，慢速隔離開關(guān)約為2%，快速隔離開關(guān)的概率不到5%。結(jié)合隔離開關(guān)動作的行程特性和間隙擊穿過程，通過仿真軟件對一次完整操作進行仿真計算，結(jié)果表明，當(dāng)觸頭速度低于一定值（如0.4米/秒）時，理論上可完全避免出現(xiàn)前述理論大VFTO的條件。這就是說，通過一定的設(shè)計措施，可減小變電站的VFTO水平。

　　GIS在VFTO下會發(fā)生絕緣故障嗎？這涉及到在VFTO作用下的絕緣耐受特性研究。為此，我國率先在世界上研制了標(biāo)稱3兆伏、輸出波形參數(shù)高的VFTO和雷電沖擊交互產(chǎn)生一體化裝置，通過該裝置對VFTO作用下GIS典型絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿特性進行了較為深入的研究，在國際上獲得了真型尺寸GIS在VFTO下絕緣特性數(shù)據(jù)，奠定了絕緣配合的基礎(chǔ)。

　　特高壓VFTO的防護

　　談到VFTO的防護，首先要考慮的就是防護的必要性。對于不會造成絕緣損壞的過電壓，自然無須多慮，但變電站內(nèi)VFTO的水平到底有多高？可行的方法是利用軟件進行仿真計算來評估。結(jié)合前述的實測波形，我們實際上已獲得準(zhǔn)確性較高的模型及計算方法，仿真與實測的差別小于5%，已具備工程應(yīng)用的條件。

　　對于變電站仿真得到的VFTO水平可能引起絕緣損壞的情況，就有必要采取一定措施加以抑制。從原始的理論出發(fā)，在發(fā)生過電壓時，串入一個電阻來消耗過電壓的能量，正常運行時為了避免產(chǎn)生過多的熱量，這個電阻需要退出運行。這也是工程上經(jīng)常采用的一種限制VFTO的措施的理論來源，在隔離開關(guān)觸頭間加裝阻尼電阻。在隔離開關(guān)靜觸頭側(cè)加裝阻尼電阻，隔離開關(guān)合閘過程中，動觸頭與阻尼電阻觸頭先放電，然后與靜觸頭接觸，將阻尼電阻退出運行；隔離開關(guān)分閘過程中，動、靜觸頭分開后，動觸頭與阻尼電阻觸頭間產(chǎn)生電�。桓綦x開關(guān)開合過程中，阻尼電阻被串入放電回路，會對VFTO幅值及其振蕩產(chǎn)生明顯抑制。

　　隔離開關(guān)安裝阻尼電阻，是一種被工程實踐和理論都證明了的有效抑制VFTO的措施，但是增加了隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，使可靠性降低，造價提高15%以上。為此，研究提出了一種應(yīng)用磁環(huán)電感抑制VFTO的方法，其原理簡單、實現(xiàn)容易、對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和可靠性影響很小，同時成本較低。

　　磁環(huán)抑制GIS中VFTO的方法是將磁環(huán)安裝在GIS隔離開關(guān)附近的中心導(dǎo)體上。正常工作時，導(dǎo)體上和電流為50赫茲，由于頻率很低，磁環(huán)表現(xiàn)出的感抗及對系統(tǒng)的影響可以忽略不計。VFTO產(chǎn)生時，導(dǎo)體上流過的行波變電流頻率很高，在兆赫茲以上，磁環(huán)表現(xiàn)出較大的感抗，相當(dāng)于在導(dǎo)體中串接入一個非線性電感，行波的陡度將被降低。磁環(huán)的等效電感越大，行波的陡度將降低越多。同時，磁環(huán)的材料在高頻下將產(chǎn)生渦流損耗，行波的能量將被磁環(huán)吸收并轉(zhuǎn)化成熱量，行波幅值因而被衰減。

　　利用磁環(huán)串裝置抑制特高壓GIS中VFTO的試驗已經(jīng)在上述試驗回路上開展，結(jié)果表明所用磁環(huán)裝置可以有效抑制VFTO，VFTO大幅值被限制在1.4p.u.以下，高頻振蕩受到明顯抑制，不失為一種工程上可推薦的VFTO防護措施。