浅析封闭式组合电器隔离开关产生的过电压

高向飞

摘 要：随着社会的进步，电力系统的发展越来越完善，接入的负载功率也越来越大，随之对电网的损耗有很大的影响，高功率的负荷用电，使人们对开关的要求也越来越高，封闭式组合电器隔离开关的过电压得到了关注，不断地深入研究。文章将对封闭式组合电器隔离开关产生的过电压进行全面的解释及分析。

关键词：过电压；电力系统；负荷；组合电器隔离开关

1 过电压种类及其危害

1.1 过电压的分类

（1）大气过电压：大气过电压的持续时间比较短，但是在短时间内具有较强的冲击性，这与雷击的强度有直接的关系。设备的电压的等级不存在关系影响。

（2）谐振过电压：是由于系统的谐振回路引起的，这一过电压持续的时间较长，而且倍数较高。

（3）工频过电压：工频过电压是较其他类型的过电压持续时间长，但是倍数不高，对设备的损坏程度较小。它的产生是由于电容效应及电网运行方式在长线路中突然改变造成的。

（4）操作过电压：是人为的对电网开关的操作造成的，其有一定的随机性，而且不同情况下过程电压的倍数也不相同。

（5）暂态过电压：暂态过电压是电力系统重新达到暂时稳定状态下出现的电压，是由于断路器的操作或者发生短路造成的。

1.2 各种过电压带来的危害

（1）雷击过电压：由于雷击造成的过电压是设备损坏原因，其可以通过网络耦合等方式进行转移。雷击过电压分为纵向过电压和横向过电压。

（2）操作过电压：在真空断路器切断电流的过程中，由于断路器断口的间距较小，往往带来的后果是使得弧隙间发生击穿。其自身的电压升高，从而发生了第二次重燃现象。并且经过多次充放电之后，触头间的回复电压和负载端的电压都会相继升高。在发生了多次重燃后，便会造成电气设备不同程度的损坏。

1.3 暂态过电压

运行操作中出现最频繁的过电压就是暂态过电压，往往造成电气设备的损坏和停电事故，较其他情况下过电压带来的后果较为严重。

2 SF6封闭式组合电器中的特快速暂态现象

最近几年的数据显示，GIS已经在国际上得到了认可。尽管如此，GIS在被使用的过程中，仍然存在由于主回路造成的对地故障，并且还会影响到相邻设备绝缘层的损坏。文章针对这种现象进行了研究。

2.1 GIS隔离开关的工作原理

图1为隔离开关分闸时产生陡波前过电压的过程。以隔离开发处于分闸状态为例，说明了过电压与开关触头间距的关系以及隔离开关两侧电压高于VR时隔离开关被击穿的原因。

在正常的GIS设计中，阶跃跳变电压波是在电压跳变的过程中产生的，速度之快可达到3ns。这样反复的跳变，不断的产生阶跃电压波，并且这些电压波经过复杂的折射、发射过程才能形成GIS的现象。

2.2 实验方式1简介

图2是试验方式1的线路原理图。其具体操作是用被试隔离开关DT开合一段短负荷母线（DT与DA之间的母线）。在进行合闸操作前，负荷侧母线必须充以-1.1×U的直流电压（U为额定电压），然后直流电压源用辅助隔离开关DA断开。由于GIS母线泄露电阻很大，负荷侧母线将保持这一电压不变，这时将电源侧（DT左侧）电压升至试验电压，最后关合被试隔离开关DT。由于负荷侧母线已经预充了负的直流电压，隔离开关将在电源侧电压峰值处附近击穿，产生VFFO。开断试验时，DA打开，DT处于合闸位置，电源电压升至，SF6封闭式组合电器中的特快速暂态现象，打开DT即可。

2.3 多次重燃的研究

在隔离开关的开合过程中，开关断口处的击穿特性是我们需要知道的。但这种数据以前没有被发现。文章在隔离开关上做了一系列实验以求得这些数据，并且在实验的过程中，试图得到比较真实的隔离开关打开和关闭的重燃过程。而且也充分的考虑了开关闭合的特性。

在实验之后，对隔离开关的3中实验重燃过程进行了计算，并且在这之前，已将击穿电压与分合时间关系转换成为了EMTP可以输入的数据。通过对数据进行综合计算后发现，在合闸的情况下，过电压最高的是方式1，在实验2中，对于分闸的方式要求非常苛刻，而在实验方式3中，不管是分闸还是合闸，其过电压都是最低的。通过这3中方式的实验，表明实验方式3只是为了评估隔离开关在打开和关闭情况下其电容器对电流的能力。

在计算中还发现，方式2在分闸的过程中，最后一阶段断口处的电位差很高，高达3.0p.u。这正符合了理论上的推断。经过这次实验，知道了在实际应用中，隔离开关的断口必须达到方式2中断口的耐受强度，才能经得起过电压的损耗。

另外通过试验中方式2证明，在刚刚实现了开断操作，并且短母线还残留有电荷便再次进行开断操作，这时将是十分危险的。因为此时开关的开合相位正好是工频电压的峰值，此时产生的暂态过电压也是最高的。经过模拟实验，计算着一过程的电压值为2.32p.u，可能还会更高。

最后需要解释的是，开关触头间的距离与隔离开关的开合状态有着直接的关系，距离越大，造成的过电也越高，并且在重燃的最后阶段产生的过电压是全程最高的。

3 结束语

总之，想要得到比较精确的计算结果，就必须对多种模拟量进行假设计算，在计算的过程中要根据设备的特点及实验站的具体的情况来取证，通过对数据的综合分析计算后才是我们想要的结果。

参考文献

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