电磁兼容第六章 GIS中电磁兼容问题.pptVIP

第六章 GIS中的电磁兼容问题 第一节 概 述 第二节 GIS中开关操作的快速 暂态过渡过程 第三节 GIS中的暂态地电位升高问题 第四节 GIS中开关操作等暂态过程 产生的瞬态辐射骚扰 第一节 概 述 气体绝缘金属封闭组合电器 ( Gas-Insulated Switchgear，简称GIS )，是60年代中期出现的一种新型电器装置。 GIS的问世，对传统的敞开式高压配电装置( AIS )来说是一次革命，特别是在超高压领域中。三十多年来，GIS的发展非常迅速，其优点得到了国内外电力部门的公认。 一、 GIS有下列优点： 占地面积和空间占有体积大为减小。有更好的综合经济指标。 安全可靠,人身安全,设备运行可靠. 有利于环境保护。采用GIS可使运行人员不受电磁场辐射的影响，因此变电站的设计比采用AIS时简单。 安装工作量小，检修周期长。 因此，GIS在山区水电站、污秽地区配电系统和城市电网改革中得到广泛的应用，而且在空气稀薄的高海拔地区和地震频繁活动的地区，选用GIS也有着极为广阔的前途。 二、 GIS致命的弱点: ( 1 ) 当刀闸切合操作会产生电弧重燃，触头两端的电压在几ns内突然跌落，该电压陡波在GIS中产生行波，引起高频振荡而形成特快速瞬变过程( Very Fast Transient，简称VFT ) ，从而产生特快速瞬变过电压( Very Fast Transient Over-Voltage，简称VFTO ) 。 VFTO严重时在GIS的不同部位，会出现故障。 例如，巴西的Graiau 500kV GIS变电站在运行的初期，就曾因刀闸操作产生的VFTO造成GIS外壳内部的火花放电，500kV油纸套管的炸裂和变压器故障等。 ( 2 ) VFTO在GIS内部传播时，遇到与外部相联接的地方时，会发生波的折射和反射。 当VFTO由GIS向外部传播时，产生暂态地电位升高(TGPR)， TGPR会造成人员受击，控制、保护设备的误动作，二次设备损坏等后果。 ( 3 ) 沿GIS母线导管传播的VFTO和沿GIS壳体与接地系统的TGPR都会形成暂态电磁场，形成辐射骚扰。 以上问题是GIS中典型的电磁兼容( EMC )问题，因此是设计变电站时所必须考虑的。 第二节 GIS中开关操作的快速暂态过渡过程 一、VFTO现象及其产生机理 VFTO是由GIS内开关操作或GIS内部放电引起的极快速瞬态过电压。 由于刀闸的触头运动速度相对较慢，因而将产生电弧重燃，形成上升时间很短的行波，在GIS内部传播，VFTO最高可达2.5p.u。 计算和实测表明，VFTO上升时间为5～20ns，上升率则高达40MV/s。典型波形见图6-1。 在设计相关设备时应考虑VFTO的影响。 由开关电弧重燃引起的暂态脉冲的陡变主要决定于电弧的形成时间 tr . tr表示触头间隙从开始游离到完全导通所需要的时间，tr 越小，波头越陡。 对于均匀电场中SF6气体而言： －常数； －绝缘强度 正常GIS由刀闸操作引起的冲击波的tr =5～20ns，暂态脉冲的最大陡度可由下式求出： 式中 为触头间距。 均匀电场中，SF6的E0约为空气的2～3倍，SF6中的最大电压陡度为空气的4～9倍。 二、VFTO的分类及其特性 ( 一 ) 分类 当操作GIS隔离开关时，在离它的不同距离处可观察到不同的瞬变过程，可分为内部的和外部的VFTO。 这是由于GIS内外装备的布局和阻尼效应引起行波的不同折射、反射的原因。 所有在GIS网络内产生的各种行波分量叠加形成其波形,VFTO的分类如图6-2。 ( 二 ) VFTO的特性 GIS中的内部VFTO是由隔离开关和断路器操作及破坏性放电过程中所固有的快速电压波崩溃所产生的两个行进的阶跃电压引起。 这些行波通过GIS和相连接的设备传播。在每次阻抗突变时，反射和折射部分都被畸变，各种行波的叠加就形成了陡波前过电压波形。 ( 1 ) 阶跃电压； ( 2 ) 由于GIS内母线管道波阻抗的多次微弱变化形成的甚高频范围f1( 最高达100MHz )； ( 3 ) 由于GIS母线管道和电缆末端或架空线终端处波阻抗的显著变化而引起的反射形成的高频范围f2( 最高达30MHz )； ( 4 ) 由大电容的外部装置引起的谐振产生的低频范围f3( 0.1MHz至5MHz )。 内部VFTO的波形取决于GIS的内部结构和外部的配置。 内部VFTO的幅值范围为系统电压的1～2.5倍。 IE