一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种特高压输电领域，具体的是一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态 过电压仿真计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统超特高压线路的不断投入运行，相应的电力系统出现的过电压也在 不断提高，为了维护电力系统运行的稳定与可靠性，对特高压系统的绝缘设计提出了更高 的要求。气体绝缘开关设备（GIS)具有占地面积小，密封性好，受环境影响小，运行可靠性 高，检修周期长，维护工作量少，运行费用低等显著优点，而被广泛使用，随着运行电压和气 体绝缘开关设备GIS内气压的提高，因隔离开关、接地开关和断路器的操作而引起的快速 暂态过程（VFT)将会更加明显和严重，并可能对系统引起若干不良影响，尤其是隔离开关 切合空载母线时，因其操作的概率和频数比较大，造成VFT现象不可避免，越来越引起世人 的关注。气体绝缘开关设备（GIS)的隔离开关操作会产生波前很陡、振荡频率及幅值也很 高的特快速瞬态过电压（VFTO)。随着设备额定电压的提高，VFTO的危害性增大。国内外 均发生过特高压GIS的VFTO损坏GIS设备自身绝缘、变压器绝缘以及二次设备的事故。因 而深入研宄特高压GIS中VFTO的特性显得尤为重要，VFTO计算过程中，GIS等效模型的建 立及参数的选取直接影响计算结果的准确程度。由于GIS内部元件多样化，若将建立各元 件模型和选取参数过程中的误差归结起来，会使VFTO计算结果存在很大偏差，所得数据对 GIS设备的研发、制造和运行是毫无意义的。因此，如何对各元件进行恰当合理的近似等效 又能使计算结果足够精确是数值计算的关键。随着额定电压等级的提高，设备结构往往更 加复杂，不同的GIS结构，元件的参数值是不同的。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明通过对GIS的结构设计以及VFTO的分析及电弧仿真 模型的计算来抑制特快速瞬态过电压，GIS可以按照使用条件、主接线方式、电压等级、GIS 壳体的型式及断路器布置型式等进行分类。按外型结构分：圆筒形，柜形（C-GIS)。按绝缘 介质分：全封闭型（F-GIS)，部分气体绝缘型（Η-GIS)。按照使用条件不同，GIS分为户内型 和户外型。按断路器布置型式不同，GIS可分为三箱型及分箱型。
[0004] 因此，需要从GIS本体结构出发建立符合各自特点的等效模型。所以，首先针对实 际GIS中隔离开关分合母线充电电流电路，确定GIS中各组件的动态电路模型和数值模拟 的等值电路。完整的GIS系统包括GIS本体构件（如母线管道、弯头、隔离开关（DS)、断路 器（CB)、接地开关（ES)、电流互感器（TA)、电压互感器（TV)和引出线套管等）及其与架空 线间的联接设备（如变压器和ZnO避雷器（MOA)等）。
[0005] 先用低压行波测出GIS系统基本构件的单位阶跃响应，再根据构件的几何形状给 出构件的定性电路模型。则按照模型与构件的单位阶跃响应相吻合的原则，即可确定构件 电路模型的具体参数。
[0006] GIS设备中VFTO包括外部和内部两种。内部VFTO指由GIS设备内部的暂态现象 导致的过电压，其作用在GIS设备的外壳与内部导体之间，威胁GIS设备内部的器件。外部 VFTO由GIS设备内部的VFTO传递到GIS设备外部产生的。它会对GIS外部的一次设备产 生威胁，导致GIS设备的壳体电位上升，且有可能形成电磁波往外辐射，威胁到二次设备。 因为GIS设备内部和外部的布局分配以及阻尼效应(如集肤效应、传输损失)是不一样的，陡 波在内部和外部的反射、折射也不相同，因此内部和外部暂态过程生成的波形也不同。
[0007] (I)GIS 内部 VFTO GIS设备内部VFTO的振荡频和母线的电气长度有关。内部暂态过程的VFTO主要包括 三种频率： a、基本振荡频率。由包括GIS设备和邻近设备的整个电气系统决定的。
[0008] b、特快速暂态过程频率。由行波在GIS设备内部发展并且叠加给基本振荡形成 的。
[0009] c、特高频振荡过程频率。由GIS设备内部器件之间的波经过反射再叠加到原始波 上形成的。其幅值也较低。
[0010] (2) GIS外部过电压 外部VFTO引起的暂态现象包括： (1) 外壳瞬态电压 (2) 瞬态电磁场 (3) 架空线路以及相邻设备中的瞬态过电压 VFTO电弧的仿真计筧讨稈如下 电弧电导方程为
【主权项】
1. 一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，其特征在于，气体绝缘 开关设备包括： 按照外型结构分：圆筒形气体绝缘开关设备，柜形气体绝缘开关设备（C-GIS); 按绝缘介质分：全封闭型气体绝缘开关设备（F-GIS)，部分气体绝缘型气体绝缘开关 设备（H-GIS); 按照使用条件不同，GIS分为户内型气体绝缘开关设备和户外型气体绝缘开关设备； 按断路器布置型式不同，GIS分为三箱型气体绝缘开关设备及分箱型气体绝缘开关设 备。
2. 如权利要求1所述的一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，其 特征在于，气体绝缘开关设备本体包括母线管道、弯头、隔离开关0S)、断路器（CB)、接地 开关（ES)、电流互感器（TA)、电压互感器（TV)、引出线套管。
3. 如权利要求2所述的一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，其 特征在于，GIS设备中VFTO包括外部和内部两种， (1) GIS内部VFTO 内部暂态过程的VFTO包括三种频率： a、 基本振荡频率，由包括GIS设备和邻近设备的整个电气系统决定； b、 特快速暂态过程频率，由行波在GIS设备内部发展并且叠加给基本振荡形成； c、 特高频振荡过程频率，由GIS设备内部器件之间的波经过反射再叠加到原始波上形 成； (2)GIS外部过电压 外部VFTO引起的暂态现象包括： a、 外壳瞬态电压 b、 瞬态电磁场 c、 架空线路以及相邻设备中的瞬态过电压。
4. 如权利要求3所述的一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，其 特征在于，VFTO电弧的仿真计算方法为： 电弧电导方程为：
式中g为电弧电导，i为电弧电流，P(g)为电弧散热功率，itg)为电弧时问常数。
5. 如权利要求4所述的一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，其 特征在于，电弧散热功率P(g)及时间常数Itg)的大小与温度、断路器类型有关，它们被定 义为
在一定小时间间隔iy内，电弧散热功率p(g)及时间常数均视为常数，此时求得一 阶微分方程：
6. 如权利要求5所述的一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，其 特征在于，采用微机五防设计来防止气体绝缘开关设备的误操作，微机五防闭锁通过在一 次设备上安装五防编码锁给设备编码，然后通过五防主机的闭锁逻辑软件，按照电力系统 对倒闸操作的"五防"要求和现场设备的状态进行判断，生成正确的五防操作票并打印出 来，并通过通讯设备把操作信息传送给监控机和电脑钥匙进行五防操作，由防误计算机、防 误闭锁软件系统、电脑钥匙、锁具、解锁钥匙和模拟屏组成，通过操作票专家系统的智能处 理，对倒闸操作进行规范，有效防止误操作。
【专利摘要】一种气体绝缘开关设备的特快速瞬态过电压仿真计算方法，通过对GIS的结构设计以及VFTO的分析及电弧仿真模型的计算来抑制特快速瞬态过电压，并通过GIS结构的设计来防止误操作，从而保证特高压输电的稳定性与安全性。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104699920
【申请号】CN201510143220
【发明人】马新攀
【申请人】河南行知专利服务有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月30日