架空线技术优化主变VFTO波前陡度限制——以1000kV发电厂为例

本节将探讨在1000kV系统中利用架空线限制入侵主变的VFTO波前陡度。

7.8.3.1　架空线限制入侵1000kV发电厂主变的VFTO波前陡度的研究

特高压发电厂的主接线图如图7-31所示。

由于目前未出现特高压发电厂，因此可以参考已有的特高压GIS变电站（算例二）得到图7-31中各段GIS母线参数以及架空线长度的参数，即算例三所示出的特高压发电厂参数。由7.8.2.1小节可知，VFTO仿真计算的简化模型如下图7-32所示。

分别考虑AB段GIS母线为40m（典型情况）和0m（极端情况）两种情况，在这两种情况下入侵主变的VFTO波前陡度随着架空线长度的变化关系如下图7-33所示。

由图7-33可以看出，对于1000kV的发电厂，当架设于GIS套管出口与主变之间的架空线长度较短时，入侵主变的VFTO波前陡度有可能超过1875kV/μs的限制水平。如当架空线长度为0m时，典型情况下和极端情况下入侵主变的VFTO波前陡度分别达到了3721kV/μs和5090kV/μs，远远超过了1875kV/μs的限制水平，会对主变纵绝缘构成较大的危害。因此，与500kV发电厂相类似，在1000kV发电厂中，需重点防护主变纵绝缘。

另外，由图7-33可以得到与500kV系统类似的结论，即当架空线的长度小于10m时，随着架空线长度的增加，VFTO波前陡度明显下降；当架空线长度大于10m时，随着架空线长度的增加，VFTO波前陡度下降趋于平缓。

比较图7-33中的两条曲线可知，当架空线长度相同时，极端情况下到达变压器入口的VFTO波前陡度要比典型情况下的大。当架空线长度大于25m时，两种情况下的VFTO波前陡度相差不大。GIS母线与架空线都可以拉平VFTO波前，但当架空线的长度大于25m时，GIS母线的作用可以基本忽略了，此时主要是架空线起作用了。两种情况下，入侵主变的VFTO波前陡度不超过限制水平的架空线最小长度分别为16m和20m。

在最为严酷的条件下，即GIS母线长0m，当架空线长度为25m时，到达变压器端口的VFTO波前陡度为1680kV/μs，低于1875kV/μs的限制水平，并有超过10%的裕度。在用EMTP仿真软件探究架空线对VFTO波前陡度影响时，并没有考虑架空线冲击电晕的作用，当计及电晕效应时，VFTO波前陡度还会进一步减小。因此，可以认为，对于特高压发电厂，当GIS套管出口与主变之间的架空线长度为25m时，入侵主变的VFTO波前陡度不会超过限制水平，VFTO不会危及主变纵绝缘。

图7-31　特高压发电厂主接线图(www.xing528.com)

图7-32　VFTO仿真计算简化模型

图7-33　架空线长度与主变端口VFTO波前陡度关系

注：典型情况指主变出线隔离开关经过一段长40m的GIS母线与变压器联接；极端情况指主变出线隔离开关直接与变压器连接

通过调研国内某些著名GIS生产厂家可知，对于不同的特高压变电站或发电厂，d3、d4通常变化不大，而d1、d2却可以在较大的范围变化。因此，d1、d2是影响入侵主变的VFTO波前陡度的主要因素。通过本章的分析可知，当d1为0m时，只要在主变与GIS母线之间架设一段25m长的架空线，即可将入侵主变的VFTO波前陡度限制在1875kV/μs以下，且有超过10%的裕度。考虑到冲击电晕的影响，可以认为，对于特高压发电厂，即使在最严重的情况下，当GIS套管与变压器套管间的架空线长度大于25m时，到达主变的VFTO波前陡度不会超出限制水平，仅靠这段25m长的架空线即可很好的保护主变纵绝缘，不需要再采取其他防护措施。

7.8.3.2　1000kV发电厂中利用架空线限制入侵主变的VFTO波前陡度的总结

综上分析，对于1000kV发电厂，有以下结论：

1）定量仿真计算结果表明，对于1000kV发电厂，10～25m的架空线即可明显削弱入侵主变的VFTO波前陡度。

2）随着GIS与主变之间的架空线长度的增加，主变端口的VFTO波前陡度呈下降趋势；当架空线长度在0至10m之间时，随着架空线长度的增加，主变端口VFTO波前陡度下降趋势明显；当架空线长度超过10m后，随着架空线长度的增加，主变端口波前陡度下降趋于平缓。因此，当GIS与变压器之间的架空线长度为10m时即可显著降低入侵主变的VFTO波前陡度。

3）当架空线长度大于25m时，到达主变端口的VFTO波前陡度即可被控制在1875kV/μs的限制水平以下，并留有超过10%的裕度。因此，当GIS与变压器之间的架空线长度大于25m时，通常可以将1000kV发电厂中入侵主变的VFTO波前陡度控制在限制水平以下。