架空线长度对VFTO波前陡度的影响实验研究

本节通过低压实验，模拟了实际500kV系统中架空线对VFTO波前陡度的削弱作用。

7.8.1.1　实验平台

500kV发电厂或变电站高压侧通常采用3/2台断路器接线方式，在主变的投运或停运过程中，根据常规的倒闸顺序，会在3/2接线的某个断路器串上形成一段空母线（亦称为“孤岛”），“孤岛”部分可等效为一对地电容。当隔离开关切合该段带有残余电荷与残余电压的“孤岛”时，产生的VFTO波会从“孤岛”部分向主变侧传播，威胁主变纵绝缘，如图7-22所示。

图7-22　VFTO波入侵主变的传播路径示意图

为了探究实际500kV电厂或变电站中架空线对入侵主变的VFTO波前陡度的影响，参考图7-22，搭建如图7-23所示的相应低压试验回路。图中，U0为200V的低压直流电源，用于为“孤岛”预充电；C1代表“孤岛”部分对地杂散电容，在一般的500kV电厂和电站中该值变化不大，以浙江六横电厂为例，该值约为400pF；C2代表变压器的入口杂散电容，对于500kV的主变，该值通常取为5000pF；采用低压同轴电缆线L1、L2代表GIS母线1与GIS母线2，波阻抗为70Ω，长度均为2m；S1、S2为低压开关；d为架空线的长度，根据架空线的半径，调整架空线的高度使其波阻抗为300Ω。本实验参数与实际500kV系统参数基本相一致，实验在低压下进行。

利用图7-23所示的实验回路进行模拟实验，实验时，先合上开关S2，直流电源U0对C1预充电，然后断开S2，再立即合上S1，电容C1对电容C2充电，会产生极陡的入侵波以模拟如图7-22所示的VFTO波入侵，极陡的入侵波沿着电缆线到达C点，再通过一段架空线到达D点，并作用在以C2表示的变压器入口电容上，以模拟图7-22中VFTO波入侵主变的过程。因此，该回路可用来研究架空线长度对VFTO波前陡度的影响和对主变纵绝缘的保护作用。

图7-23　VFTO实验室模拟回路

架空线的长度d在0～20m间取值，每改变一次d，测量到达D点作用在C2上的电压波形，求出变压器入口波的陡度，可以得到D点波前陡度随架空线长度的变化关系。(www.xing528.com)

本实验是在低压下进行，当陡波在架空线上传播时，不会产生冲击电晕，所得的实验结果会较实际超、特高压系统更偏严一些。

7.8.1.2　实验结果

当架空线长度d在0～20m间取值时，D点VFTO波前陡度与架空线的关系如图7-24所示。

图7-24　架空线长度与D点VFTO波前陡度关系

由图7-24可知，架空线削弱VFTO波前陡度效果明显。当架空线长度较短时，随着长度的增加，VFTO波前陡度呈显著下降趋势；当架空线长度较长时，随着长度的进一步增加，VFTO波前陡度下降的速度趋于平缓。由于VFTO波前陡度在架空线较短的范围内下降明显，因此，可以推知，较短的架空线可以限制入侵主变的VFTO波前陡度。

架空线削弱波头陡度的原理可简要分析如下：当行波通过串联电感或者旁过并联电容时，行波的波头陡度会被削弱[12]。当VFTO在架空线上传播时，架空线自身存在电感，相当于在VFTO入侵变压器的路径上引入了数值较大的串联电感，行波波前被拉平，陡度减小。

若要用低压实验来验证架空线对入侵1000kV系统中主变的VFTO波前陡度的限制效果，可同样采用如图7-23所示的实验回路，只是实验回路中的部分元件的参数发生了变化。此时，主变等效入口电容为6000pF，电缆的波阻抗取为95.2Ω，孤岛侧电容约为600pF。由此可知，当采用低压实验来验证架空线对入侵特高压主变的VFTO波前陡度的限制效果时，其与500kV系统相比，实验回路相同，只是部分元件的参数发生了稍许变化，因此，实验基本结果应该相类似。即对于1000kV系统而言，架空线同样能够很好地限制入侵主变的VFTO波前陡度。

对于实际的500kV线路和1000kV的特高压线路，VFTO在其上传播时，可能会产生电晕，架空线削弱VFTO波前陡度的效果应比本低压实验更好[12]。