VFTO比较：典型500kV和1000kV GIS变电站

下面将选取某500kV GIS变电站以及远期某1000kV GIS变电站为计算模型，仿真计算在典型的隔离开关操作方式下VFTO对GIS本体以及主变的影响。由于隔离开关加装并联电阻对VFTO有一定的削弱作用，从严考虑，本节讨论变电站中VFTO特性时，考虑隔离开关不加装并联电阻的情形。

算例一：500kV GIS变电站采用3/2接线，每串断路器串上断路器与隔离开关（CB101与DS1012）之间的平均距离约为2.5m，两个相邻的隔离开关（DS1012与DS1021）之间的平均距离为约6.5m；GIS出口套管与断路器串之间的GIS管道母线平均长度为15m；GIS出口套管与主变之间的架空线长度为107m。

算例二：1000kV GIS变电站采用3/2接线，每串断路器串上断路器与隔离开关（CB101与DS1012）之间的平均距离约为5m，两个相邻的隔离开关（DS1012与DS1021）之间的平均距离为约14m；GIS出口套管与断路器串之间的GIS管道母线平均长度为40m；GIS出口套管与主变之间的架空线长度为60m。

7.5.3.1　VFTO对GIS本体以及主变主绝缘的影响

在三种典型的隔离开关操作方式下，算例一和算例二所示的变电站内GIS本体和主变端口处的最大VFTO值如表7-5所示。

表7-5　典型隔离开关操作方式下GIS本体以及主变端口的VFTO幅值

由表7-5可知，投切主变时，主变端口处VFTO幅值很小，基本接近于零，可以认为几乎没有VFTO。这是因为合分DS1021以及DS1032时，这两个隔离开关通过断开的断路器与主变连接，因此，VFTO通过断路器断口电容传到主变端口，幅值很小，基本接近于零。

对于500kV GIS变电站，在三种典型的隔离开关操作方式下，变电站内GIS本体上的最大VFTO值为2.13p.u.，主变端口最大VFTO值为1.13p.u.，均远小于3.0p.u.的限制水平。另外，从VFTO的产生机理与特点中可知，VFTO的理论最大值可以达到3.0p.u.，但是在实际500kV GIS变电站中，VFTO在GIS内会有较大衰减，因此实际最大VFTO值小于3.0p.u.，对GIS本体以及主变主绝缘通常不会构成威胁。

对于1000kV变电站，在三种典型的隔离开关操作方式下，变电站内GIS本体上的最大VFTO值为2.38p.u.，主变端口最大VFTO值为1.09p.u.，其中GIS本体上的VFTO值超过限制水平，需重点防护。

综上以上分析，可以得到以下两点结论：①由于500kV系统中GIS本体主绝缘和主变主绝缘对VFTO的限制水平较高，达到3.0p.u.，实际上VFTO一般不会达到该值。因此，VFTO通常不会危及500kV GIS变电站中GIS本体主绝缘和主变主绝缘。②对于1000kV系统，由于GIS本体主绝缘和主变主绝缘对VFTO的限制水平分别降到2.32p.u.和2.18p.u.，且由前面的仿真计算分析可知，典型隔离开关操作方式下，1000kV GIS变电站中GIS本体上的VFTO幅值可能会超过2.32p.u.的限制水平。因此，VFTO对1000kV GIS变电站中GIS本体主绝缘可能会构成威胁。另外，由于主变端口距离产生VFTO的隔离开关较远，VFTO传播到主变端口时衰减较大，通常不会超过2.18p.u.的限制水平。因此，VFTO不会危及1000kV GIS变电站中主变主绝缘。

7.5.3.2　VFTO对主变纵绝缘的影响

本节主要研究VFTO对500kV和1000kV GIS变电站中主变纵绝缘的危害。首先针对算例一中的500kV GIS变电站和算例二中的1000kV GIS变电站，分析典型的隔离开关操作方式下，VFTO对主变纵绝缘的影响；在此基础上，针对更一般的典型的500kV和1000kV的GIS变电站，研究VFTO对其主变纵绝缘的影响，得到针对一般超/特高压GIS变电站适用的结论。

1）VFTO对变电站主变纵绝缘的影响

对于算例一和算例二中的500kV GIS变电站和1000kV GIS变电站，在三种典型的隔离开关操作方式下，入侵主变端口的VFTO波前陡度如表7-6所示。

表7-6　典型隔离开关操作方式下入侵主变的VFTO波前陡度

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由表7-6可知，对于500kV和1000kV GIS变电站，三种操作方式下入侵主变的VFTO波前陡度均分别小于主变纵绝缘对VFTO波前陡度的限制水平1291kV/μs和1875kV/μs。因此，VFTO对500kV和1000kV GIS变电站内主变纵绝缘威胁不大。

2）架空线长度为0m时VFTO对变电站主变纵绝缘的影响

架设于GIS出口套管与主变之间的架空线对VFTO波前陡度有一定的削弱作用，在进行变电站的设计时，不同的变电站内该段架空线的长度通常不相同，对于上述500kV GIS变电站，该段架空线长度为107m；对于上述1000kV GIS变电站，该段架空线长度为60m。从严考虑，取该段架空线长度为0m，三种典型的隔离开关操作方式下入侵变电站内主变的最大VFTO波前陡度如表7-7所示。

表7-7　架空线长度为0m时典型隔离开关操作方式下入侵主变的VFTO波前陡度

对比表7-6、表7-7可知，在架设架空线的情形下入侵主变的VFTO波前陡度比没有架设架空线的情形要严重得多。因此，采用适当长度的架空线限制入侵主变VFTO波前陡度的效果很明显。对于上述500kV和1000kV GIS变电站，即使架空线长度为0m，最大VFTO波前陡度分别为1041kV/μs和1148kV/μs，仍没有超过各自电压等级的限制水平1291kV/μs和1875kV/μs，对主变纵绝缘仍然不构成威胁。

综上所述，即使GIS套管出口与主变之间的架空线长度为0m时，VFTO对上述500kVGIS变电站和1000kVGIS变电站的主变纵绝缘均不构成威胁，通常不需要加以防护。根据下文的分析可知，实际上，该结论对于一般的变电站也具有指导意义。

3）最严苛条件下VFTO对上述变电站中主变纵绝缘的影响

下面研究最严苛情形下VFTO对变电站中主变纵绝缘的影响。图7-14为典型500kV和1000kV GIS变电站中3/2接线的断路器串与主变之间的联接情况。通过调研国内一些著名GIS生产厂家可知，每串断路器上断路器与隔离开关之间的间距d3（如图7-14中EF段）以及隔离开关与相邻GIS出线口之间的间距d4（如图7-14中FG段）变化较小，基本可认为保持不变，因此，对于不同的变电站，这两段通常是变化不大，而GIS出口套管与主变之间的架空线长度d2（如图7-14中CD段）以及GIS出口套管与断路器串之间的GIS管道母线平均长度d1（如图7-14中AB段）通常是可以变化的。

图7-14　断路器串与主变之间的联接示意图

图7-14中EF段、FG段、AB段GIS母线和CD段架空线对入侵主变的VFTO波前陡度均会产生影响。在同一电压等级的不同变电站中，EF段以及FG段通常相差不大，且由仿真计算可知EF段和FG段在较小范围内变化时入侵主变的VFTO波前陡度变化很小，因此AB段和CD段成为影响入侵主变VFTO波前陡度的主要因素。由于AB段GIS母线和CD段架空线对入侵主变的VFTO波前陡度均有削弱作用，考虑最严苛的情形，即将AB段和CD段的长度同时设为0m时，仿真结果如表7-8所示。

表7-8　最严酷情形下典型隔离开关操作方式下入侵主变的VFTO波前陡度

由表7-8可知，即使在最严苛的条件下，入侵500kV和1000kV主变的VFTO波前陡度分别为1163kV/μs和1531kV/μs，与各自电压等级的限制水平1291kV/μs和1875kV/μs之间仍有超过10%的裕度，对主变纵绝缘仍不会构成威胁。因此，VFTO对典型500kV和1000kV GIS变电站主变纵绝缘通常威胁不大。

综上所述，对于典型的500kV和1000kV GIS变电站，即使在最为严苛的条件下，入侵主变的VFTO波前陡度仍没有超过限制水平，且有一定的裕度。因此，通常可以认为VFTO不会危及500kV和1000kV GIS变电站主变纵绝缘。