GIS隔离开关操作对二次设备的影响研究

GIS隔离开关操作对二次设备的影响研究

刘建

国网四川省电力公司内江供电公司 四川 内江 641000

摘要：通过隔离开关来对二次设备进行保护，其过程中不合理的操作可能会对电力设备造成不良影响。本文就GIS隔离开关操作对二次设备的影响进行研究，对GIS隔离开关的操作原则进行分析，并对其目前存在的问题进行研究，探究其解决的思路，以期为相关工作人员提供参考。

关键词：GIS隔离开关；二次设备；操作影响

引言：在电路的连接过程中，通过隔离开关来对电源进行隔离，在断路装置配合的情况下能够对电源进行隔离和切断。在电路运行的状态中，如果GIS隔离开关装置发生不良的情况，或者其实际的操作不合理，可能会导致短路故障，对二次设备产生不良的影响。因此，相关的负责人员应加强对开关操作的计算与研究，减少对设备的影响。

1GIS隔离开关操作

GIS隔离开关是一种气体绝缘全封闭电器的组合，在内部含有断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷针、母线、连接线以及出线终端，此类设备在同一容器的内部进行组合，同时在其中充入大量的绝缘气体，形成闭合的电器组合体。此类开关组合一般常用于高压电路中，同时也能够在超高压中使用，相比于常见的变电器，GIS隔离开关的体积较小，占地面积比较小，其使用时较为灵活，安装设备时也较为简单，同时在使用的过程中，其安全性较强，能够适用于多种环境中。由于其内部密封，因此不需要经常检查，其实际的运维工作较少。但在实际的工作中，气体可能会由于设备密闭性下降，发生泄漏的现象，同时其故障率较低，但实际的维修过程较难，检修复杂，其距离二次设备相对较近，在发生故障时可能会产生较大的暂态过电压，对二次设备造成不良的影响。

GIS隔离开关操作过程中，应对负荷侧隔离开关进行开启或者关闭，避免在操作的过程中对母线产生破坏，对电网的安全造成影响，对电路中的重要设备起到保护作用。同时，根据电气设备的重要程度进行划分，根据重要的程度来对设备的保护设定相关的原则，确立设备保护的顺序，避免核心设备受到不良影响，无法正常的运行系统。见图1。

图1 GIS隔离开关

2TGPR产生原理以及暂态过电压对二次设备的耦合方式

2.1TGRP

TGRP指的是暂态地电位，在隔离开关的实际操作过程中，触头在隔离气体中产生的电弧在经过多次的熄灭和重新产生后，其产生的电压会向两端传播释放，电压在金属容器的内部产生电流，高频电流在容器的内部经过波的叠加和反射等，会存在部分逸散，进入到低压的二次设备中，在GIS隔离开关和接地电阻的阻止下无法传出，导致地电位会逐渐的升高，使释放的电压过高，同时快速的衰减，容易在容器外部产生火花放电，具有较大的安全隐患^[1]。

2.2暂态过电压对二次设备的耦合方式

该方式有两种，其一是容性耦合，暂态过电压通过电压互感器和电流互感器时，在内部的散杂电容后，再传到与其相连接的二次设备中，通过传导的方式来进行耦合。其二是阻性耦合，电压通过地网后，在二次设备的屏蔽层中对二次设备中的电缆线进行感应的方式。其三，辐射影响，通过金属外壳上产生的电磁场后，会对二次设备产生影响。

3GIS隔离开关操作的影响现状以及改进方法

3.1对暂态地电位和暂态过电压的计算

对暂态地电位进行计算时，一般通过分为不同的电压传输路线，对导体传输到容器内侧、容器外壳传向大地以及架空线的传导进行计算，使用建模的方式来对连接处的暂态地电位进行计算。

对暂态过电压进行计算时，其主要的方式来源与国外的研究，通过其具有的高频电压的特点，使用电磁暂态分析程序（EMTP）来进行计算，在计算的过程中，将其线路作为理想导体来进行计算忽略其中的电阻影响。使用该方法进行计算和模型的构建时，会存在一定的误差^[2]。

在目前对暂态地电位和暂态过电压进行计算时，经常会忽略其传输过程中的耦合问题，尤其是在容器外壳传向大地时，应充分的对其中的耦合进行计算和考虑。为提高计算的精准度，应对以往的计算方式进行调整。一方面，应使用相应的计算方式，对GIS开关建立模型，对内部的线路和频关效应进行分析。另一方面，加强对其中耦合方式的考虑，同时对变换法进行研究，对变换阵和频关特点进行分析。

3.2对干扰电压的计算

在对二次设备电缆中的干扰电压进行计算时，需要根据耦合方式不同来进行计算。

3.2.1电压通过容性传导耦合方式的计算

电压在通过二次电缆后，在电缆芯线上产生一定的干扰电压，使用传输函数来为电压互感器和电流互感器进行模型建立，对内部的高频电压电流进行处理，得到精准度较高的模型，最后根据模型和构架函数来进行计算。

想要降低容性耦合的不良影响，应对其中的敏感对象和干扰源进行排除，可以增加干扰源和敏感对象之间的距离，避免互相影响，或者在其中插入导电材料，使用静电屏蔽方式，减小容性耦合。

3.2.2阻性传导耦合的计算

阻性耦合主要是对入地电流的影响，大地中不同梯度电位发生变化，会通过大地阻性耦合产生电位差，导致土壤中的二次电缆内部的电位升高，对管道有一定的不良影响。在对GIS开关中暂态地电位和暂态过电压的数据进行计算时，经常会忽略大地的影响，将大地作为理想导体进行计算，其计算结果中有一定的误差，为减小误差，可以建立精确的地网模型来辅助计算，进而使暂态低电压的计算更加准确。

在建立地网模型时，根据其端口的连接电路来确定地网等值模型，在低频电压的测量计算中，可以使用电路法和传输法来对地网模型进行分析，在高频电压的计算中，应使用场的模型构建法来计算与构建。为降低阻性耦合的影响，应对干扰源和敏感源的位置进行调整，对二者间的接地回路重新进行调整布置，同时提高接地系统中材料的电导率。

3.2.3辐射传导对二次设备的干扰

GIS开关电器设备的金属外壳会在高频电压电流的影响下产生辐射，对二次设备和二次电缆产生一定的干扰和影响，在对干扰进行计算时，应先对外壳产生的电磁场的大小进行测量，随后计算电磁场对电缆产生的影响，计算其中的干扰电压。在计算的过程中，可以使用相关的程序来对电磁场进行计算，或者使用电磁场计算软件来建立相应的模型后进行计算，对电磁场的计算和建模的方式都较为复杂，在计算时可能会消耗较长时间。

在使用电磁场计算软件进行计算时，其大致的步骤为：首先使用细线来构建模型，其次，建立电源，使细线产生辐射场，在对其进行测量和计算。再次，对线路的阻抗进行计算，确保同一平面上的阻抗数值相同，对不同水平面上的阻抗进行计算，随后取平均值，最后，GIS开关金属外壳上的电磁场相似，但其中的系数不同，对系数进行修正，降低产生的误差。使用该算法构建模型计算时，其对线路水平的计算较为准确，对高度不同的线路的计算结果存在一定的误差。由于辐射传感的影响相对较小。在进行干扰电压的计算时，经常会忽略此因素。

结论：综上所述，在对GIS开关操作对二次设备和二次电缆的影响进行研究时，需要对其中暂态地电位和暂态过电压以及干扰电压进行计算，在计算的过程中，为使结果更加的精确，首先，应使用专业的软件来帮助构建模型，包括频关效应模型、电磁场模型、地网模型等；其次，对电站内部的耦合方式进行深度分析，同时计算外部的辐射影响；最后，使用函数和计算程序对电压和电流等进行计算，提高结果的精确度，得到影响效果，针对该结果来制定降低干扰和影响的方式。

参考文献：

[1]陈维江,赵军,边凯,等.GIS变电站开关操作瞬态电磁骚扰研究进展[J].中国电机工程学报,2019,v.39;No.627(16):297-310+358.

[2]刘凯,李锐海,佘争富,等.隔离开关优化操作对VFTO抑制效果的研究[J].高压电器,2020,v.56;No.375(06):73-78+86.