隔离开关触头连接方向对VFTO的影响

本节改变西安西电开关电气有限公司（简称西开）试验回路的隔离开关触头连接方向，开展了400组不预充直流情况下的隔离开关带电操作试验，研究隔离开关触头连接方向对VFTO特性的影响。

7.10.5.1　试验条件

VFTO的产生是隔离开关触头在运动过程中，动、静触头之间的断口间隙连续重复击穿、燃弧和熄弧引起的。气体间隙的击穿和气体状态（种类、压力、温度、流速等）、电场状况（电场强度、电极结构、电场不均匀程度等）等有关，而隔离开关触头结构对断口间隙气体状态和电场状况有直接影响。一般而言，动、静触头的结构是不同的（西开试验回路被试隔离开关内部结构如图7-46所示，当施加不同种类的电压时，断口间隙将因为触头结构的不对称而使其击穿特性表现出极性效应。

图7-46　西开试验回路隔离开关内部结构示意图

按照工程惯例，在变电站现场，通常的做法是将隔离开关动触头与系统交流电源侧相连，静触头与被操作的负载侧短母线（隔离开关和与之相邻的断路器之间的短母线）相连。前期VFTO特性试验即按此方式布置试验回路中设备之间的连接。考虑到动、静触头结构不同，触头极性的不同将会影响触头间隙的击穿特性，并进而影响被操作负载侧短母线残余电压的极性和幅值，因此，有必要考察隔离开关连接方向反转后触头间隙击穿及击穿后残余电压极性和分布的变化。

隔离开关连接方向对VFTO影响试验的实施方法是改变隔离开关动静触头和系统的连接方向，即：原来与系统交流电源侧连接的动触头端改为与被操作负载侧短母线连接，原来与被操作负载侧短母线连接的静触头端改为与系统交流电源侧相连，近似于将触头间隙极性和原来情形“反转”。

隔离开关触头连接方向影响试验在西开试验回路进行，试验接线如图7-47所示，采用空载短母线无预充直流电压试验方式，隔离开关速度为调速前速度。试验测量点1～4已在图7-47中标出。交流电源侧施加工频电压635kV（最高相对地电压，），分支母线长度为9m。试验过程中，将辅助隔离开关DS1、原被试隔离开关DS2连同二者之间的短母线整体反转后与试验回路其他部分对接。反转后，DS2作为辅助隔离开关，保持分闸状态；DS1作为被试隔离开关。由于隔离开关DS1和DS2机械特性相近，并且试验有效操作次数450次，所以本期试验和前期试验对照可以研究隔离开关触头连接方向对GIS内部VFTO特性的影响。

图7-47　西开试验回路隔离开关触头连接方向影响试验接线

7.10.5.2　VFTO波形比较

1）VFTO全过程波形

VFTO全过程波形和击穿次数受隔离开关触头间隙击穿特性影响。隔离开关触头连接方向改变前、后VFTO全过程实测典型波形如图7-48所示。

图7-48　隔离开关触头连接方向调整前、后负载侧测点1实测VFTO波形

从VFTO全过程波形可知，隔离开关触头连接方向调整前后较为明显的区别是合闸首次击穿、分闸末次击穿的极性发生了反转。连接方向调整前，合闸首次击穿、分闸末次击穿以正极性为主；连接方向调整后，合闸首次击穿、分闸末次击穿改变为以负极性为主。此外，仅从VFTO全过程波形的直观观察上可以看到，无论是合闸过程还是分闸过程，全过程总的击穿次数发生了变化。

2）VFTO全过程击穿次数

为了准确获取VFTO全过程击穿情况，对隔离开关触头连接方向调整前后合、分闸VFTO全过程波形中击穿电压超过0.3p.u.的击穿次数进行统计。

从统计结果看，隔离开关触头连接方向调整后，合、分闸过程平均击穿次数约为8次，较之调整前平均击穿次数11次有所减小。这表明，隔离开关连接方向的改变影响了触头间隙的击穿特性，触头间隙的极性效应是存在的。

7.10.5.3　VFTO特性统计分析

隔离开关触头连接方向的改变将主要影响与断口间隙击穿全过程相关的VFTO特性，对VFTO单次击穿波形、各测点频率成分和振荡系数等影响较小。下面主要针对隔离开关触头连接方向调整前后的VFTO统计特性进行分析。(www.xing528.com)

1）最大VFTO幅值

西开试验回路各典型位置处VFTO测点在本轮试验中实测最大VFTO幅值统计结果见表7-17，表中清华和华电分别代表试验单位清华大学和华北电力大学。

表7-17　隔离开关触头连接方向调整前后试验实测最大VFTO幅值统计表

注：阴影表示隔离开关触头连接方向调整前、无预充直流电压、9m分支母线情况下实测结果。

由实测结果可知：

（1）整体而言，与触头连接方向调整前实测结果相比，触头连接方向反转后试验回路VFTO水平变化不大。试验回路中合闸操作最高VFTO的平均幅值由1.98p.u.微降到1.97p.u.，分闸操作最高VFTO的平均幅值由1.96p.u.微增到1.97p.u.，变化幅度都极小。这表明，隔离开关触头连接方向对试验回路可能出现的最大VFTO影响有限；

（2）隔离触头连接方向调整后，试验回路中VFTO最大值大致仍然出现在空载短母线末端测点1，与前期历次试验研究结果一致；

（3）虽然不同测点在隔离开关触头连接方向调整前后实测最大VFTO幅值有所变化，但是幅值变动不是很大且不是同样的增加或减小；同时，合闸操作和分闸操作产生的最大VFTO幅值接近。

2）最大VFTO幅值分布

以试验回路中典型测点（负载侧测点1和电源侧测点5）为例，统计本轮试验操作最大VFTO幅值概率分布，从而考察隔离开关触头连接方向调整对VFTO幅值概率分布的影响。

从测点1、测点5最大VFTO幅值分布统计结果看，隔离开关触头连接方向调整前后，整体上合、分闸最大VFTO幅值分布有向低值区偏移的趋势，尤以负载侧测点5比较明显。这表明，连接方向的改变对触头间隙击穿特性产生了影响，使得击穿后残余电压极性或分布发生了变化，进而影响了击穿的条件和VFTO的幅值分布特性。但是，这种影响对于试验回路可能产生的最大VFTO影响有限，因为只要负载侧有出现高幅值残余电压的可能，使得断口间隙电压差较大，则击穿产生高幅值VFTO的可能性就存在，只是出现的概率可能较之以前偏低。

3）残余电压分布

对西开试验回路隔离开关触头连接方向调整前后实测全过程各次击穿残余电压分布进行统计。

综合统计结果可知：

（1）隔离开关触头连接方向调整后，合、分闸操作各次击穿残余电压分布与调整前相比，总体分布情况一致性较好，且调整前、后正极性和负极性电压分布具有一定的对称性（即：触头连接方向调整前极性为正的电压分布和调整后极性为负的电压分布较为近似，触头连接方向调整前极性为负的电压分布和调整后极性为正的电压分布较为近似）；

（2）隔离开关触头连接方向调整后，分闸末次击穿残余电压分布集中在正极性区间，这与触头连接方向调整前以负极性电压为主的残余电压分布正好相反，分布规律近似对称；

（3）统计结果表明，残余电压的分布与触头结构、交流电源施加方式有直接关系，而残余电压极性的不同将会影响试验回路VFTO幅值及其概率分布。

7.10.5.4　小结

本节通过改变西开试验回路GIS隔离开关与交流电源和空载短母线的连接方向，实验研究了触头不同连接方向对于VFTO特性的影响。试验结果表明，隔离开关触头连接方向的改变影响断口间隙击穿电压特性，影响全过程VFTO的击穿次数、残余电压的极性及其分布，影响最大VFTO幅值概率分布，但对试验回路最大VFTO水平影响较小。