模拟GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法及试验回路

摘要

本发明提供一种通过试验回路模拟气体绝缘金属封闭开关设备GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法及试验回路，所述试验回路包括：第一隔离开关设备、第二隔离开关设备、第一隔离管套、第二隔离管套；第一隔离开关设备的一端通过管道与第二隔离开关设备的一端连接，第一隔离开关设备的另一端通过管道与第一隔离管套一端连接，第二隔离开关设备的另一端通过管道与第二隔离管套的一端连接，还包括：分支母线，分支母线的一端连接在第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上，另一端悬空，通过改变分支母线的长度来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下隔离开关断口和GIS管道上出现的VFTO波形。

说明书

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种通过试验回路模拟气体绝缘金属封闭开关设备GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法及试验回路。

背景技术

随着电力技术的发展，目前，电力行业标准GB1985-89(交流高压隔离开关和接地开关)中明确规定了气体绝缘金属封闭开关设备(GIS，GasInsulated Switchgear)变电站中的隔离开关必须进行开合小的容性电流试验方法，并推荐了试验回路，以此试验考核隔离开关关合和开断小容性电流的能力。

如图1所示，为现有技术中隔离开关试验接线回路的示意图，在该图1中，U1表示电源电压，试验时其交流电压幅值应为倍额定电压；C1为电源侧的附加集中电容，其取值可参照标准GB1985-89中的规定选取；U2表示负载侧电源，试验时选取负极性直流电压，幅值为倍额定电压。DT表示被试隔离开关，DA表示辅助隔离开关。d1表示DT的分闸触头到套管端头的距离；d2表示DT的分闸触头到DA的分闸触头的距离。为了获得典型的非常快速瞬态(VFT，Very Fast Transient)的条件，比值d2/d1应在0.36-0.52的范围内。

标准GB1985-89推荐的试验接线回路的目的是考核隔离开关的开合小电流能力，因此仅仅需要产生特快速瞬态过电压(VFTO，Very Fast TransientVoltage)即可。在这种条件下产生的VFTO的波形不同于特高压GIS变电站中出现的VFTO的波形，并且难以判断在工程中是否会出现VFTO幅值最大的情况。特高压GIS变电站中出现的VFTO是由电压波在波阻抗不连续点发生多次折射和反射造成的，GIS接线方式的差异造成不同位置的隔离开关操作时，VFTO的最大幅值出现的位置具有不确定性。

因此，目前的电力行业标准提出的GIS中的隔离开关必须进行开合小的容性电流试验回路不能真实反映特高压GIS变电站中出现的VFTO的波形，产生的VFTO最大值出现的位置基本固定，即在开断的隔离开关的断口上。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，在GIS变电站中隔离开关操作时，产生最大的VFTO不一定出现在隔离开关的断口处，有可能出现在母线上某一点，对于这种情况，目前电力行业标准提出的试验回路不能全面模拟及测量GIS变电站出现的VFTO波形，具有非常大的局限性。

发明内容

本发明实施例提供一种通过试验回路模拟气体绝缘金属封闭开关设备GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法及试验回路，以模拟GIS变电站中在隔离开关设备断口和GIS管道上出现的VFTO波形。

为此，本发明提供一种通过试验回路模拟气体绝缘金属封闭开关设备GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法，所述方法包括：

在试验回路中的第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上连接有分支母线；

改变所述分支母线的长度，模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下第一隔离开关设备以及与其连接的第二隔离开关设备分别进行操作时，所述试验回路中产生的特快速瞬态过电压。

所述分支母线为固定长度的分支母线；或者为可调节的分支母线；其中，所述分支母线为气体绝缘金属封闭开关设备GIS管道。

可选的，所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DA设备，所述第一隔离管套为连接电源的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，第一隔离管套为连接电源的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，第一隔离管套为连接负载的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接电源的套管。

可选的，所述DS1设备中带有分合闸电阻；所述DA设备中未带分合闸电阻。

相应的，本发明提供一种试验回路，包括：第一隔离开关设备、第二隔离开关设备、第一隔离管套、第二隔离管套；其中，所述第一隔离开关设备的一端通过管道与所述第二隔离开关设备的一端连接，所述第一隔离开关设备的另一端通过管道与所述第一隔离管套一端连接，所述第二隔离开关设备的另一端通过管道与所述第二隔离管套的一端连接，还包括：还包括：分支母线，所述分支母线的一端连接在所述第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上，另一端悬空，通过改变所述分支母线的长度来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下产生的特快速瞬态过电压。

可选的，所述分支母线的一端连接在所述第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上的连接方式为：卡接、对接或用螺钉螺母连接。

可选的，所述分支母线为气体绝缘金属封闭开关设备GIS管道，所述GIS管道的长度为3m、6m或9m。

可选的，所述分支母线为可调节的GIS管道，所述可调节的GIS管道的长度为2m至10m。

可选的，所述第一隔离开关设备为被操作隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为辅助隔离开关DA设备，第一隔离管套为连接电源的套管，第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，第一隔离管套为连接电源的套管，第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，第一隔离管套为连接负载的套管，第二隔离管套为连接电源的套管。

可选的，所述DS1设备与所述DA设备之间的管道的长度为5.27m至7.27m；

所述分支母线上的一端到第一隔离开关设备之间的管道长度为：1.245m至3.245m；

所述分支母线上的一端到第一隔离管套之间的管道长度通过仿真得到，为：10.6m至12.6m。

可选的，所述DS1设备中带有分合闸电阻；所述DA设备中未带分合闸电阻。

可选的，所述第一隔离开关设备的另一端通过管道与所述第一隔离管套的一端连接包括：所述第一隔离开关设备的另一端通过L型管道与所述第一隔离管套的一端连接；

所述第二隔离开关设备的另一端通过管道与所述第二隔离管套的一端连接包括：所述第二隔离开关设备的另一端通过L型管道与所述第二隔离管套的一端连接。

可选的，所述L型管道的拐角处可拆卸。

由上述技术方案可知，本发明提出的试验回路可以模拟特高压变电站的多种接线方式下进行隔离开关操作时产生的特快速瞬态过电压(VFTO)波形。本发明通过在第一隔离开关设备和电源侧套管之间连接分支母线(即试验回路的带有分支这种结构)，通过改变分支母线的长度模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下所述第一隔离开关设备和所述第二隔离开关设备之间管道上产生的VFTO。

进一步，在本发明中，对试验回路的各个设备之间的管道长度有一定的要求，比如DS1与DA之间的管道长度、DS1与BG1之间的管道长度、分支母线的管道长度等；

进一步，为了便于设备的拆装，试验回路是用来便于改接线的“L型”结构。通过“L型”结构可以方便的交换DS1和DA的位置，或者交换DS1和DA连接的电源和负载。也就是说，本发明不但根据该试验回路可以模拟GIS变电站中隔离开关操作时，在隔离开关断口和GIS管道上出现的VFTO。还可以通过改变接线回路的结构，模拟多种操作工况下的VFTO，在试验回路上测量的结果可反映工程中出现的最大VFTO。

附图说明

图1为现有技术中隔离开关试验接线回路的示意图；

图2为本发明中提供的一种试验回路的结构示意图；

图3为本发明中提供的特高压变电站GIS中的VFTO测量试验回路的结构示意图；

图4为本发明中提供的试验回路的立体结构图；

图5A为本发明中提供的试验回路的主视图；

图5B为本发明中提供的试验回路的俯视图；

图6为本发明中提供的交换DS1和DA的位置时的拆装示意图；

图7为本发明中提供的一种通过试验回路模拟气体绝缘金属封闭开关设备GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。

请参阅图2为本发明中提供的一种试验回路的结构示意图；所述试验回路包括：第一隔离开关设备21、第二隔离开关设备22、第一隔离管套23、第二隔离管套24以及分支母线25；其中，所述第一隔离开关设备21的一端通过管道与所述第二隔离开关设备22的一端连接，所述第一隔离开关设备21的另一端通过管道与所述第一隔离管套23一端连接，所述第二隔离开关设备22的另一端通过管道与所述第二隔离管套24的一端连接，所述分支母线25的一端连接在所述第一隔离开关设备21和第一隔离管套23之间的管道上，所述分支母线的另一端悬空，通过改变分支母线的长度来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式(即不同的试验回路)下产生的特快速瞬态过电压，即所述第一隔离开关设备和所述第二隔离开关设备之间产生的VFTO。

本发明提出的试验回路与特高压气体绝缘金属封闭开关设备(GIS，GasInsulated Switchgear)变电站中的隔离开关设备(比如第一隔离开关设备和/或所述第二隔离开关设备等，下同)操作时的接线方式基本一致，可以真实的再现特高压GIS变电站中隔离开关设备操作产生的特快速瞬态过电压(VFTO)的波形。也就是说，利用本发明所述技术方案的试验回路，可以模拟GIS变电站中，在隔离开关设备操作时，模拟隔离开关设备断口和GIS管道上出现的VFTO波形。另外，该试验回路结合了工程中的实际GIS变电站的尺寸，在试验回路上测量的结果可反映工程中出现的最大VFTO的电压，并通过分支母线可改变试验回路结构，从而模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下隔离开关设备之间产生的VFTO的电压。

可选的，所述分支母线的一端连接在所述第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上的连接方式为：卡接、对接或用螺钉螺母连接。或者为GIS变电站中各设备之间的标准连接。

可选的，所述分支母线为气体绝缘金属封闭开关设备GIS管道，但并不限于此。通常情况下，所述GIS管道的长度可以为3m、6m或9m，但并不下限于此，也可以根据第一隔离开关设备和第二隔离开关设备之间的距离，以及第一隔离开关设备与分离母线的距离进行适应性的修改，本实施例不做限制。

可选的，所述分支母线也可以为两段GIS管道，通常情况下，每段GIS管道的长度分别为3m和6m，当然也可以适应性修改，本实施例不作限制；另外，所述分支母线也可以为可调节的GIS管道，比如为可调节的两段GIS管道，或者，可调节的三截GIS管道等，其所述可调节的GIS管道的长度一般情况下为2m至10m，但也可以实际的应用进行适应性修改，本实施例不作限制。

可选的，当所述第一隔离开关设备为被操作隔离开关DS1设备时，所述第二隔离开关设备为辅助隔离开关DA设备，第一隔离管套为连接电源的套管，第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，所述第一隔离管套为连接电源的套管，所述第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，所述第一隔离管套为连接负载的套管，所述第二隔离管套为连接电源的套管。

可选的，所述DS1设备与所述DA设备之间的管道的长度为5.27m至7.27m；

所述分支母线上的一端到第一隔离开关设备之间的管道长度为：1.245m至3.245m。可以按照第一隔离开关设备和分支母线的最小长度来确定。

可选的，所述分支母线上的一端到第一隔离管套之间的管道长度通过仿真得到，为：10.6m至12.6m。

可选的，所述DS1设备中带有分合闸电阻；所述DA设备中未带分合闸电阻。

可选的，所述第一隔离开关设备与连接在所述第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上的分支母线的一端之间的长度可以为：1.245m至3.245m，一般情况下为2.245m；或者，为3.475m至5.475m，一般情况下为4.475m。但并不限于此，也可以根据实际应用进行修改。

可选的，为了便于改变试验回路中的接线，所述第一隔离开关设备的另一端通过管道与所述第一隔离管套的一端连接包括：所述第一隔离开关设备的另一端通过L型管道与所述第一隔离管套的一端连接；

所述第二隔离开关设备的另一端通过管道与所述第二隔离管套的一端连接包括：所述第二隔离开关设备的另一端通过L型管道与所述第二隔离管套的一端连接。其中，所述L型管道的拐角处可拆卸。

本发明提出的试验回路不同于标准推荐的试验回路，本发明中的试验回路的结构可以模拟特高压变电站的多种接线方式下进行隔离开关操作时产生的VFTO。本发明通过在DS1设备和电源侧套管之间连接分支母线(即试验回路的带有分支这种结构)，通过改变所述分支母线的长度来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下所述DS1设备和所述DA设备之间产生的瞬态过电压。同时，在本发明中，对试验回路的尺寸有一定的要求，比如DS1与DA之间的管道长度、DS1与BG1之间的管道长度、分支母线的管道长度等；另外，为了便于设备的拆装，试验回路是用来便于改接线的“L型”结构。通过“L型”结构可以方便的交换DS1和DA的位置，或者与其连接电源和负载。也就是说，本发明不但根据该试验回路可以模拟GIS变电站中隔离开关操作时，在隔离开关断口和GIS管道上出现的VFTO。还可以通过改变接线回路的结构，模拟多种操作工况下的VFTO，在试验回路上测量的结果可反映工程中出现的最大VFTO。

为了便于本领域技术人员的理解，下面以具体的应用实例来说明。

还请参阅图3，为本发明中提供的一种特高压变电站GIS中的VFTO测量试验回路的结构示意图，在该实施例中，第一隔离开关设备以被操作隔离开关DS1、第二隔离开关设备以辅助隔离开关DA、第一隔离管套BG1以连接电源侧、第二隔离管套BG2以连接负载侧为例，分支母线以M1和M2为例，但并不限于此，在该实施例中，还可以互换DS1和DA位置，即所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，第一隔离管套为连接电源的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接负载的套管。还可以是所述第一隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，第一隔离管套为连接负载的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接电源的套管。其实现过程类似，具体详见下述。

如图3所示，试验回路的主体为BG1与BG2之间的这一部分。在该实施例中，U1表示电源电压，试验时其交流电压幅值应为倍额定电压；C1为电源侧的附加集中电容，其取值可参照标准GB1985-89中的规定选取；U2表示负载侧电压，试验时选取负极性直流电压，幅值为倍额定电压；BG1和BG2分别为电源侧和负载侧的特高压套管，本实施例中，DS1为被操作隔离开关，DA为辅助隔离开关，二者统称为GIS隔离开关，DS1中可以带有分合闸电阻，DA中未带分合闸电阻，试验回路中其它部分为GIS管道。试验回路中的各设备尺寸为特高压GIS设备的尺寸，不同的制造厂家的各设备尺寸有所不同。其各个设备之间的连接按照GIS设备之间的标准连接。

在本发明中也可以采用带有分合闸电阻的DS1，其目的是可以用来研究VFTO的限制措施。本发明中还可以通过改变分支母线的长度来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下产生的VFTO的最大值。具体如图3所示，本发明在BG1和DS1之间的管道上连接一段分支母线，通过改变分支母线的长度来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式(即不同的试验回路)下产生的VFTO的最大值。

根据我国特高压GIS变电站的实际结构，本发明中提出了DS1和DA段的管道的电气连接长度为6.27m。该长度的选取原则为：与我国特高压变电站中隔离开关与断路器断口间的电气长度基本一致。我国的特高压变电站的隔离开关与断路器断口间的距离大致在6m与7m之间。以下的管道长度均指电气连接长度。

对于DS1与M1段管道的长度，本发明中根据变电站中DS1隔离开关与分支回路的最小长度，以及GIS设备本身最小要求，取为2.245m，但并不限于此，也可以根据实际应用进行适应性修改，本发明不作限制。

对于M1与BG1的长度通过仿真计算的方法可以得到。仿真时，将BG1与M1段管道的长度和M1与M2段管道的长度作为变量，计算得到在BG1与M1段管道的长度为11.6m、M1与M2段管道的长度为9m时，操作试验回路中的GIS隔离开关处可以出现最大的VFTO，其计算的过程为：计算采用EMTP电磁暂态计算程序编程进行，时先将BG1与M1段管道的长度作为定值，改变M1与M2段管道的长度，得到一系列的计算结果；然后改变BG1与M1段管道的长度，再取一个值，仍将它作为定值，再改变M1与M2段管道的长度，得到一系列的计算结果……，选取这些计算结果中的最大值，对应的BG1与M1段管道长度为11.6m，M1与M2段管道的长度为9m。

在该试验中，BG1与M1段管道的长度是指M1到BG1末端的长度，BG1作为套管，本身长度为13.15m。由于试验回路主要用于测量交流电源侧(U1侧)隔离开关操作时产生的VFTO，因此对直流电源侧(U2侧)的GIS长度不做要求，即DA与BG2段管道的长度不做要求，可由试验者自由选择。本发明推荐的DA与BG2的长度为4.475m。其测量试验时的操作步骤主要如下：先确定DS1和DA所处的分闸位置；之后，改变所述分支母线的长度，模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式，比如改变所述分支母线的长度为3米，即DS1带3米的分支母线的试验回路结构；然后，先闭合DA，使DS1和DA之间的管道带上直流电压，然后断开DA；闭合DS1，使试验回路中DS1和DA之间产生VFTO；断开DS1，使试验回路中产生VFTO；完成一次测量。也就是说，在测量时，可以通过改变所述分支母线的长度，来模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下，试验回路中产生的VFTO，以便于根据试验回路上测量的结果来反映工程中出现的最大VFTO的电压。

本发明所述的试验回路不仅可以测量最大的VFTO，还可以研究回路结构对VFTO的影响。我国特高压变电站采用GIS时，GIS隔离开关开断和闭合母线段(即GIS管道)时，母线段的长度基本包含在3m～9m的范围内。本发明所述的试验回路在用于研究试验回路对VFTO的影响时，可将分支母线M1与M2段管道的长度进行调整。分支母线的长度可根据特高压变电站的GIS接线特点，分别调整为具有代表性的0m、3m、6m和3m+6m四种情况，但并不限于此，还可以根据实际应用进行调整，比如10、15或20等。其中，分支母线由两段GIS管道构成，长度分别为3m和6m，并不限于此。当分支母线不接入试验回路时，即分支母线长度为0m时，本发明提出的试验回路即为标准GB1985-89推荐的隔离开关试验接线回路。

本发明所述的试验回路同时可以研究VFTO的限制措施。在试验回路中，DS1安装有分合闸电阻，DA未装分合闸电阻。如回路按照图3所示的连接，操作DS1，可测量带有限制措施(限制措施即为隔离开关带分合闸电阻)情况下的VFTO波形。交换DS1与DA的位置，通过操作DA产生VFTO，可测量未采取限制措施时的VFTO波形。其具体如图4所示，为本发明中提供的试验回路的立体结构图。

在本发明中，可以改变试验回路的回路接线，所述改变回路接线实际上包括改变分支母线的长度和交换交换DS1和DA的位置两种独立事件，本发明中可以交换DS1和DA的位置，在上述实施例中，也可以交换与DS1和DA相连的电源和负载的位置，即电源与DA连接，负载与DS1连接，并操作DA。交换的目的是通过操作不同的DS1或者DA，研究DS1带有分合闸电阻时或者DA不带分合闸电阻时的VFTO。

为了便于试验回路中各设备(比如DS1和DA)的拆装，M1与BG1段管道和DA与BG2段管道采用“L型”连接。在交换DS1和DA的位置时，可从“L型”拐弯处进行拆卸，依次拆除I、II、III、IV部分，避免将试验回路全部拆除重新安装，其具体如图5A和图5B所示，图5A和5B分别为本发明中提供的试验回路的主视图和俯视图。

拆除后的重新安装试验回路的过程为依次安装IV、III、II、I。其具体如图6所示，为本发明中提供的交换DS1和DA的位置时的拆装示意图。

基于上述试验回路的实现过程，本发明还提供一种通过试验回路模拟气体绝缘金属封闭开关设备GIS变电站中产生特快速瞬态过电压的方法，其流程图详见图7，所述方法包括：

步骤701：在试验回路中的第一隔离开关设备和第一隔离管套之间的管道上连接有分支母线；

步骤701：改变所述分支母线的长度，模拟GIS变电站中不同的GIS接线方式下第一隔离开关设备以及与其连接的第二隔离开关设备分别进行操作时，试验回路中产生的特快速瞬态过电压。

可选的，所述分支母线为固定长度的分支母线；或者为可调节的分支母线。

可选的，所述分支母线为气体绝缘金属封闭开关设备GIS管道。

可选的，可选的，所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DA设备，所述第一隔离管套为连接电源的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，所述第二隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，第一隔离管套为连接电源的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接负载的套管；或者

所述第一隔离开关设备为辅助的隔离开关DS1设备，所述第二隔离开关设备为被操作的隔离开关DA设备，第一隔离管套为连接负载的套管，与第二隔离开关设备连接的第二隔离管套为连接电源的套管。

可选的，所述DS1设备中带有分合闸电阻；所述DA设备中未带分合闸电阻。

所述方法中各个步骤的实现过程详见上述试验回路中对应的实现过程，在此不再赘述。

本发明提出的试验回路与特高压GIS变电站隔离开关操作时的接线方式基本一致，可以真实的再现特高压GIS变电站中隔离开关操作产生的VFTO。其优点在于，可以模拟GIS变电站中隔离开关操作时，在隔离开关断口和GIS管道上出现的VFTO。同时，试验回路结合了工程中的实际变电站尺寸，在试验回路上测量的结果可反映工程中出现的最大VFTO。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。