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随着我国特高压电网的发展,GIS变电站以其自身的优点得得到了广泛的应用,但GIS隔离开关开关的操作会产生特快速瞬态过电压(VFTO),对电气设备的绝缘构成严重威胁。本文课题来源于“特高压GIS变电站VFTO关键技术研究”项目,针对隔离开关触头设计对VFTO的影响进行了深入研究。通过求解特高压GIS隔离开关三维电场,计算触头间隙电场分布,依据流注击穿判据,获取特高压GIS隔离开关触头间隙击穿电压曲线;根据理论分析,构建隔离开关间隙击穿燃弧和熄弧判定条件,以国标“交流隔离开关和接地开关”为依据,采用EMTP/ATP电磁暂态仿真软件,搭建特高压GIS隔离开关开合短母线时的重复击穿全过程电磁暂态仿真模型,仿真分析隔离开关分合闸操作全过程的影响因素。(1)分析特高压GIS隔离开关操作时VFTO形成机理,研究隔离开关电弧模型参数对VFTO的影响。仿真表明,触头间隙击穿延时增大时,VFTO陡度逐渐变小;稳态燃弧电阻越大,VFTO电压波形衰减越快,并对VFTO具有一定程度的抑制作用。(2)采用有限元方法计算特高压GIS隔离开关三维电场,依据流注击穿判据理论获得不同间隙距离下的击穿电压值,击穿电压随间隙距离近似呈线性增长关系;通过对隔离开关重复击穿过程机理分析,获得间隙击穿燃弧和熄弧判定条件,根据GIS元件等效模型,搭建重复击穿仿真模型,通过分合闸仿真可知,隔离开关电源侧电压波形是高频振荡脉冲与正弦电压的叠加,负载侧电压波形呈现台阶状,每次击穿时,击穿电压越大,产生的高频振荡脉冲幅值越大,最大振荡脉冲幅值约为1.2p.u,因此在间隙距离比较大时,产生较大幅值的VFTO;操作过程多次产生高频暂态电流VFTC,分闸过程幅值逐渐增大,合闸过程中VFTC幅值逐渐减小。(3)重复击穿过程影响因素研究。通过分析特高压GIS隔离开关间隙电场分布影响因素,仿真计算不同触头曲率半径下的间隙电场可知,曲率半径越大,间隙击穿电压越大;然后将不同触头形状下的击穿电压曲线带入重复击穿仿真模型进行仿真分析,由概率统计可知,触头曲率半径越大,分合闸过程中产生大幅值VFTO的概率增加,击穿次数和重复击穿持续时间逐渐减少;最后仿真不同短母线残余电压下的合闸过程可知,残余电压幅值越高,线路产生的VFTO值越大,击穿次数和重复击穿持续时间逐渐增多。