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特高压GIS快速暂态过电压(VFTO)的测量及分析
摘要：
随着电力系统的不断发展，传统的高压电气设备逐渐不能满足电力系统的需求，特高压电气设备逐渐成为电力系统的重要组成部分。但是，特高压电气设备的快速暂态过电压(VFTO)问题严重影响设备的安全运行。本文对特高压GIS快速暂态过电压的测量及分析进行了研究。首先，分析了VFTO的产生原因和对GIS设备的影响。然后，介绍了VFTO的测量方法和测试技术。最后，利用实验结果对VFTO的性质进行了分析，并提出了相应的解决措施，以保障特高压GIS设备的安全运行。
关键词：特高压GIS；快速暂态过电压；测量；分析
一、引言
特高压电气设备是指电压等级在1000kV及以上的高压电气设备。随着电力系统的不断发展，特高压电气设备逐渐成为电力系统的重要组成部分。特高压GIS设备（GasInsulatedSwitchgear）是目前特高压电气设备中应用最广泛的一种。特高压GIS设备由于具有体积小、重量轻、安全性高等优点，因而广泛应用于各种电力系统中，如发电厂、变电站、城市电网等。
然而，特高压GIS设备存在一个严重的问题，即快速暂态过电压(VFTO)。VFTO是指当GIS设备发生开关操作时，由于设备结构的特殊性质，会产生一个快速的、高峰值的暂态过电压。这种暂态过电压对GIS设备的电气性能和机械性能都有极大的影响。一旦产生VFTO现象，就会导致设备的故障率增加、运行可靠性下降，甚至可能会引起设备的损坏，甚至危及人员安全。因此，研究特高压GIS设备的VFTO问题，对于保障电力系统的安全运行具有重要意义。
二、VFTO的产生原因和对GIS设备的影响
1.VFTO的产生原因
VFTO的产生原因与GIS设备的结构有密切关系。特高压GIS设备由于采用SF6作为绝缘介质和气体绝缘结构，其结构相对密闭，导致在GIS设备进行开合操作时，会产生一个快速的、高峰值的暂态过电压。具体来说，VFTO的产生主要是因为以下三个因素：
（1）GIS设备内部的电荷电场不均匀。由于设备中存在很多金属结构，导致设备内部的电场分布不均匀。当GIS设备发生开合操作时，电场的变化将导致VFTO的产生。
（2）GIS设备内部的气体分布不均匀。由于SF6气体的分子量比常用的绝缘介质大，热稳定性好，因此被广泛应用于GIS设备中。但是虽然SF6气体的绝缘性能好，但其分子量大、分子速率慢，导致SF6气体排列不稳定，电场分布不均匀，从而导致VFTO。
（3）GIS设备的电缆末端等缺陷。由于GIS设备内部结构的特殊性质，包括电缆连接以及连接器等原因，导致GIS设备内部存在一些缺陷，如电缆末端等缺陷，这些缺陷同样会导致VFTO的产生。
2.VFTO对GIS设备的影响
VFTO对GIS设备的影响存在以下几个方面：
（1）增加设备的故障率。由于VFTO具有高峰值的特点，一旦产生，就会短时间内对设备产生很大的冲击，从而导致设备的故障率增加。
（2）影响设备的绝缘性能。由于VFTO的电压尖峰非常高，会对GIS设备的绝缘性能产生影响。特别是，在不断发展的电力系统中，特高压GIS设备所面临的电压越来越高，因此对其绝缘性能的要求也越来越高。一旦产生VFTO现象，就会导致设备的绝缘性能下降。
（3）影响设备的机械性能。由于VFTO的电压尖峰很高，会对GIS设备的机械性能产生影响。一旦产生VFTO现象，就可能导致GIS设备的机械部件产生振动，使得设备的机械性能下降。
三、VFTO的测量方法和测试技术
1.VFTO的测量方法
VFTO的测量方法主要有以下两种：
（1）监测法：通过安装一些监测设备，实时监视特高压GIS设备内部的电压变化，以便掌握VFTO的产生情况。
（2）非监测法：通过模型实验、数值模拟等手段，对特定环境下GIS设备的VFTO进行推算和分析，以便发现VFTO的产生原因。
2.VFTO的测试技术
VFTO的测试技术主要有以下几种：
（1）正弦阶跃法：通过对变压器两侧进行正弦波和方波的切换，实现对GIS设备的VFTO进行测试。
（2）脉冲法：通过对设备进行脉冲电压的注入，实现对设备的VFTO进行测试。
（3）波形分析法：通过对GIS设备产生开合操作时的电压波形进行分析，实现对VFTO的测试。
四、VFTO的性质分析及解决措施
1.VFTO的性质分析
VFTO的电磁波形分析表明，其波形的短周期非常明显，峰值电压很高，可能达到几千伏以上，时间持续时间比较短，可能只有几微秒到几百微秒不等。并且，VFTO会对GIS设备的绝缘性能和机械性能产生影响。
2.VFTO的解决措施
（1）提高GIS设备的电荷分布均匀性，增加其绝缘介质的电荷分布均匀性，从而降低VFTO的产生率。
（2）改进GIS设备的焊接工艺，使用高质量的连接器和绝缘材料，减小焊接缺陷对设备性能的影响。
（3）设计合