杨海峰 牛牧之

（宁夏送变电工程有限公司）

0 引言

GIS，即气体绝缘组合电器，是高压电网建设重要设备。为保证GIS变电站运行稳定性与智能性，现代社会对于变电站可靠性指标提出了更好的要求。对GIS变电站外壳感应电压、环流分布进行分析，是按照变电站设备与电气主接线等各项参数，运用构建电磁暂态仿真软件，构建变电站电路仿真模型，进行感应电压与环流影响研究的过程，能够对环流与感应电压计算、接地系统校验工作开展产生积极影响，值得展开深层探讨。

1 GIS分析

GIS（如图1所示）是高压电网建设重要组成，会在金属铝壳内展开接地刀闸、母线以及断路器等设备封装，在其中充入一定量的SF6气体，保证供电容量可以得到切实提升，以便对高压设备易损坏问题进行有效处理。由于受到GIS导电杆工频电流的影响，会产生一定量电磁感应，导致金属外壳出现感应电压，会经由地网、接地排等设备，形成外壳环流［1］。

图1 气体绝缘变电站

如果GIS运行较为稳定，三相电流能够处于对称状态，则外壳所产生的环流与感应电压数值也相对较低。如果存在内部闪络或接地故障，可能会出现三相不平衡或三相电流大幅度提高的问题，对环流与外壳感应电压产生较大干扰。

现阶段，外壳感应电压与环流研究多为单回母线分布规律分析为主，并没有从变电站角度入手，进行整体建模与分析，研究不同工况与不同变电站运行方式所产生的影响，所以在此将以800kV三相分箱GIS变电站为例，通过进行变电站级仿真模型建设的方式，对外壳感应电压与环流展开研究。

2 800k V三相分箱GIS变电站外壳感应电压及环流

（1）外壳感应电压与环流产生机理分析

在三相分箱处于稳定运行状态过程中，外壳会沿特定长度通过短接连排的方式，在两端形成闭合回路，且母线回路和外壳回路处于同轴状态，通过形成互感线圈等方式，产生一定量的电磁耦合［2］。在此过程中会形成三相分箱GIS等效电路，电路具体情况如图2所示。

图2 三相分箱GIS等效电路图

在出现外部三相短路故障时，三相电流会继续保持对称状态，但幅值会出现有所增加的趋势。三相短路故障的出现，并不会使导杆电流出现负序分量以及零序分量的问题，需要通过对外壳等电流值进行计算的方式，明确外壳感应电压以及其他方面的具体情况。感应电压呈现出两边高、中间低的规律，稳定状态运行时的规律基本相同。

（2）构建变电站仿真模型

1）GIS母线模型。因为研究重点是对感应电压以及壳体环流进行分析，所以采用简化计算模式很难达到预期目标，需要对外壳和导杆之间相互耦合作用等各项内容进行分析，可运用软件展开母线模型的搭建。通过将各项相关参数输入到模块中的方式，自动完成三箱分箱母线模型的制作［3］。

2）GIS设备模型。GIS变电站包括电压互感设备、变压器以及断路器等设备，可通过构建高频等效模型的方式，对设备展开等效简化处理。因为研究主要以外壳感应环流和电压研究为主，所以设备参数在工频感应电压方面的影响相对较低。本次研究主要以短接接地点位置电流和电压研究为主，会按照变电站额定参数以及实际尺寸具体情况，展开变电站完整电路仿真模型的构建。通过对仿真模型的分析，对入口电容以及三相电压源等内容进行模拟，合理展开三相电压源线电压设置，按照实际尺寸对短接排电感以及电阻进行计算［4］。通过对建模模块的应用，进行负荷等效处理，展开各处负载电阻与电感设置。做好主变分支以及出线分支三相电流有效值设置，保证两条母线三相电压的对称程度，并且在模型应用过程中，没有发现存在三相不平衡问题。

3）多工况分析。①在稳定运行状态下，主变分支的三相环流以及外壳感应电压幅度相对较大，主要是因为主变分支进线和负载分支之间存在较大距离，负载和电源、线路之间的等效回路相对较长，所以很容易会出现环流和电压数值上升的情况。外壳感应电压幅值呈现出B相最低、C相最高的特点，环流幅值呈现出B相最高、A相和C相幅值相对较接近的情况；②在出现外部单相短路故障时，假设故障在A相位置，通过模型仿真分析发现，环流和电压幅值均出现增加状态，故障分支套管以及连接点的短接接排，均存在幅值增加的情况。无论任意一条线出现故障问题，所在位置均呈现出感应电压幅值A相最高、C相最小特点，环流幅值呈现出A相最高、B相最小特点；③外部三相短路故障出现时，外壳感应电压幅值增加幅度并不明显，环流数值会出现明显加大的情况，幅值增加数甚至能够达到数十千安。感应电压呈现出C相最高、B相最低的特点，环流数值B相最高、AC两相较为接近，连接点位置外壳环流分布和套管位置处于完全相反状态；④单电源供电。短接接地点位置处于稳定状态，进出线套管位置即便并不稳定，整体环流以及感应电压的幅值也相对较小，与完整串运行分布规律保持基本相同，因此在进行分析时，只需要对进出线套管位置基本情况进行分析，通过和完整串运行对比分析发现，进出线套管位置的环流与感应电压呈现出明显增加的状态，能够达到完整串运行时的两倍左右，系统中其他位置所受的影响可以忽略不计；⑤单母线供电。如果母线出现停运问题，和隔离开关组以及相连断路器保持断开状态，单纯依靠母线传输功率，在进出线套管位置以及设备连接等位置的环流和感应电压并不会发生明显改变，母线和设备连接位置环流的整体变化幅度相对较大。处于单母线供电环境之中，和母线连接位置A相环流呈现出明显增加的态势，而C相环流呈现出明显减少的状态。连接点连接母线序号和B相环流改变有着直接关联，当一连接位置环流出现增加状况时，另一位置环流可能会出现相应减少的状态［5］。

（3）总结与分析

为对三相分箱GIS变电站外壳感应环流与电压进行深入性探讨，通过构建仿真模型的方式，对各种运行方式以及工况下的环流与感应电压分布规律展开研究。研究获得以下几项结论：①在变电站处于稳定运行状态时，感应电流与环流在进出套管位置最为强烈，其中C相感应电压幅值最高，B相最低，而B相环流幅值最高，C相和A相幅值相对较为接近；②如果出现外部单相短路故障，主变分支和故障回路之间电气距离相对较长，此时外壳感应电压数值如果相对较高，故障回路所在串短接接地点数量会对外壳环流数值产生直接影响；③如果存在外部三相短路故障，外壳环流会出现明显上升状态，感应电压满足中间相低、边相较高的规律，会在故障分支套管短接接地位置存在外壳环流最大值；④运行方式改变对于环流与外壳感应电压并不会产生较大影响，而导杆电流变化会直接影响计算结果，需要保证串运行方式完整性，才能将GIS变电站环流与感应电压更好地表征出来；⑤在进行变电站外壳感应电流与环流校核过程中，需要对共占一条主接线串负载分支、独占一条主接线串主变分支进行重点分析，需要在进行变电站接地系统设计过程中，做好负载分支与主变分支位置接地排与短接排安装，并适当减少设备位置与母线位置数量，保证变电站运行稳定程度［6］。

3 外壳感应电压与环流分析未来建议

由于GIS变电站在投入使用之后，曾经出现多起因为外壳环流问题而导致的故障，对变电站正常运行与发展产生不利影响，所以今后需要进一步加大对外壳环流以及感应电压分析的研究力度［7］。不仅要加强对外壳环流分布特性的分析，同时还要通过构建仿真模型的方式，利用仿真模拟方法进行环流分布情况以及其他方面内容研究，明确在不同工况下环流数值具体影响规律［8］。需要不断对仿真计算模型以及仿真模型构建软件等内容进行研究，结合实际应用过程中存在的问题，不断对模型构建以及分析方式进行完善和调整，确保能够对外壳整体感应环境有更加清晰的认知，能够更好地对电压以及环流分布规律进行掌握，进而为变电站整体运行调整以及优化处理提供可靠支持，保证相应研究工作作用和价值能够得到最大限度发挥，能够对接地系统校验以及环流测量等各项工作开展形成有效指导，可以更好地对800kV三相分箱GIS变电站运行提供管理和技术支持。

4 结束语

外壳感应电压和环流问题是不可忽视的重要问题，需要通过构建模型的方式，对变电站的外壳各项数据变化情况进行分析，明确变电站的具体运行风险。在确定各种状态以及各种工况情况下，掌握外壳感应电压和环流的变化情况，以便制定出有效的环流问题处理方案，确保变电站的运行能够达到预期，进而不断提高变电站运行稳定性，确保变电站能够在供电网络运行中发挥出更大的作用。