GIS在VFTO下会发生绝缘故障吗?这涉及到在VFTO作用下的绝缘耐受特性研究。为此,我国率先在世界上研制了标称3兆伏、输出波形参数最高的VFTO和雷电冲击交互产生一体化装置,通过该装置对VFTO作用下GIS典型绝缘结构的击穿特性进行了较为深入的研究,在国际上首次获得了真型尺寸GIS在VFTO下绝缘特性数据,奠定了绝缘配合的基础。
特高压VFTO的防护
谈到VFTO的防护,首先要考虑的就是防护的必要性。对于不会造成绝缘损坏的过电压,自然无须多虑,但变电站内VFTO的水平到底有多高?最可行的方法是利用软件进行仿真计算来评估。结合前述的实测波形,我们实际上已获得准确性较高的模型及计算方法,仿真与实测的差别小于5%,已具备工程应用的条件。
对于变电站仿真得到的VFTO水平可能引起绝缘损坏的情况,就有必要采取一定措施加以抑制。从最原始的理论出发,在发生过电压时,串入一个电阻来消耗过电压的能量,正常运行时为了避免产生过多的热量,这个电阻需要退出运行。这也是工程上经常采用的一种限制VFTO的措施的理论来源,在隔离开关触头间加装阻尼电阻。在隔离开关静触头侧加装阻尼电阻,隔离开关合闸过程中,动触头与阻尼电阻触头先放电,然后与静触头接触,将阻尼电阻退出运行;隔离开关分闸过程中,动、静触头分开后,动触头与阻尼电阻触头间产生电弧;隔离开关开合过程中,阻尼电阻被串入放电回路,会对VFTO幅值及其振荡产生明显抑制。
隔离开关安装阻尼电阻,是一种被工程实践和理论都证明了的有效抑制VFTO的措施,但是增加了隔离开关的结构复杂性,使可靠性降低,造价提高15%以上。为此,研究提出了一种应用磁环抑制VFTO的方法,其原理简单、实现容易、对设备的结构和可靠性影响很小,同时成本较低。
磁环抑制GIS中VFTO的方法是将磁环安装在GIS隔离开关附近的中心导体上。正常工作时,导体上和电流为50赫兹,由于频率很低,磁环表现出的感抗及对系统的影响可以忽略不计。VFTO产生时,导体上流过的行波变电流频率很高,在兆赫兹以上,磁环表现出较大的感抗,相当于在导体中串接入一个非线性电感,行波的陡度将被降低。磁环的等效电感越大,行波的陡度将降低越多。同时,磁环的材料在高频下将产生涡流损耗,行波的能量将被磁环吸收并转化成热量,行波幅值因而被衰减。
利用磁环串装置抑制特高压GIS中VFTO的试验已经在上述试验回路上开展,结果表明所用磁环装置可以有效抑制VFTO,VFTO最大幅值被限制在1.4p.u.以下,高频振荡受到明显抑制,不失为一种工程上可推荐的VFTO防护措施。