Analyse av effekten av GIS-avkoblingsoperasjoner på sekundærustyr

Påvirkningen av GIS-avkoblingsoperasjoner på sekundærutstyr og tiltak for å redusere effekten

1.Påvirkning av GIS-avkoblingsoperasjoner på sekundærutstyr
1.1 Effekter av overtransient spenning
Når det skjer åpning/lukking av gasisoleret spenningsutstyr (GIS) avkoplere, fører gjentatte bueoppblomstring og utblink mellom kontakter til energibyte mellom systeminduktans og kapasitans, som genererer slumpeoverførselspenninger med størrelser 2–4 ganger den nominerte faspenningen og varigheter fra noen titusende deler av en sekund til flere millisekunder. Når det drives korte busbarer—der avkoblingskontaktfarten er langsom og det ikke eksisterer noen buelokkemulighet—produserer forhånds- og gjenoppblomstring Very Fast Transient Overvoltages (VFTOs).

VFTOs sprer seg gjennom interne GIS-ledere og omslutninger. Ved impedansdiskontinuiteter (for eksempel isolatorer, måletransformatorer, kabellufter), reflekteres, refrakteres og overlappes reiselignende bølger, forvrider bølgemaler og forsterker VFTO-toppverdier. Med bratt bølgefront og nanosekundsk stigningstid, induserer VFTOs transiente spenningsøk ved inngangen til sekundærutstyr, som kan true følsomme elektroniske komponenter. Dette kan føre til at beskyttende reléer misfungerer—og utløser uoppførte trippinger—og forstyrre høypræcis signalbehandling og dataoverføring. I tillegg degraderer VFTO-generert høyfrekvent elektromagnetisk støy (EMI) kommunikasjonsmoduler, øker bitfeilrater eller forårsaker tap av data, noe som svekker overvåkning og kontrollfunksjoner i understasjon.

1.2 Potensialstigning i omslutning
Med utvidelsen av Kinas ultra-høyspenning (UHV) og ekstra-høyspenning (EHV) nett, har elektromagnetisk støy fra GIS-avkoblingsoperasjoner blitt stadig mer alvorlig. Den koaksiale strukturen i GIS—bestående av indre aluminium/kobberledere og ytre aluminium/stål omslutninger—viser fremragende høyfrekvent overføring. Pga. skinneffekten, flyter høyfrekvente transiente strømmer langs den ytre flaten av lederen og den indre flaten av omslutningen, noe som typisk forebygger feltlekkasje og holder omslutningen ved jordpotensial under normale forhold.

Imidlertid, når VFTO-induserte transiente strømmer møter impedansmisforhold (for eksempel ved isolatorer eller kabellufter), oppstår det partielle refleksjon og refleksjon. Noen spenningkomponenter kobles mellom omslutningen og jorden, noe som fører til øyeblikkelig potensialstigning på ellers jordet omslutning. Dette stiller personers sikkerhet i fare og kan degradere isolasjonen mellom omslutningen og indre ledere, akselerere materialealdring og redusere utstyrs levetid. I tillegg propagerer dette økte potensialet gjennom kabler og tilknyttede enheter inn i sekundære systemer, induserer EMI som fører til feil trippinger, datafeil, eller enda innenfra nedbrytning—direkte truer kraftsystemets pålitelighet.

1.3 Elektromagnetisk støy (EMI)
I GIS-understasjoner, genererer avkobling/bryteroperasjoner og lynnedslag transiente elektromagnetiske felt som påvirker sekundære systemer gjennom konduksjon og radiasjon.

• Konduksjonstøy oppkommer gjennom måletransformatorer og forskjeller i jordpotensial. VFTOs kobles fra primære til sekundære kretser gjennom strømlekkasje og induktans i transformatorer. De injiserer også i jordnettet gjennom jordelektroder, hever hele jordpotensialet og skaper jordløkker som destabiliserer sekundært utstyr.

• Radiert støy oppstår når transiente EM-felt propagerer gjennom rommet, direkte kobles inn i sekundære kabler og enheter. Elektriske feltkoblinger påvirker høyimpedansknuter, forårsaker signalforskjewing eller feil utløsning—spesielt sensitiv for avstand, feltorientering og enhetsgeometri. Magnetiske feltkoblinger inducerer elektromotoriske krefter i sirkuitsløkker ifølge Faradays lov; dens alvorlighet avhenger av feltstyrke, hastighet av endring og løkkeareal.

1.4 Effekter av mekanisk vibrasjon
Avkoblingsoperasjoner induserer mekanisk vibrasjon på grunn av kontaktinnvirkning, friksjon og elektromagnetiske krefter under kopling/bruddhandlinger. Rask separasjon under åpning eller kraftfull engasjering under lukking genererer sjokkbølger som vibrerer GIS-strukturen. Overføring gjennom koblinger og hjulverk propagerer vibrasjoner videre til naboendende sekundært utstyr.

Slike vibrasjoner kan løsne mekaniske fastsettelser, degradere elektriske forbindelser, øke målingsfeil, eller—under ekstreme forhold—forårsake kortslutning. Langvarig eksponering akselererer aldringen av både mekaniske og elektroniske komponenter, forkorter utstyrs levetid og svekker pålitelighet.

2.Tiltak for beskyttelse av sekundært utstyr
2.1 Optimalisert GIS-strukturell design

• Materiavalg: Bruk SF₆-mikser med høyere dielektrisk styrke; velg lavtap, høyledningskapasitetsmaterialer (for eksempel Cu/Al) for skjerming; optimaliser busbarlengde og kapasitans for å dempe VFTO-amplitude.

• Strukturelle forbedringer: Glatte ledere og skjermgeometrier for å redusere elektrisk feltsamling; forbedre isolatorsupportdesign for jevn feltfordeling; implementer kontrollert avkoblingsoperasjonsfart og legg til dempere for å absorbere transiente energier.

• Vibrasjonskontroll: Installer hydrauliske demperer eller fjeder i operasjonsmekanismer; bruk gummidempere mellom GIS og fundament; forbedre kontaktflates presisjon for å minimere påslagskrefter.

2.2 Forbedret skjerming og jording

• Skjerming: Innkapsle følsomt sekundærustyr (f.eks. reléer, kommunikasjonseinheter) i ledeende kabinetter (galvanisert stål/aluminium) med tette forseglinger. Bruk skjermet eller dobbeltskjermet kabel med riktig terminering; bruk filtrerte kobler og nett på ventilasjonsåpninger. For korte kabler (<10 m), bruk enkelt-punkt jordning; for lengre strekninger, bruk fler-punkt jordning for å minimere induksjonsspenninger.

• Jordning: Oppretthold jordmotstand ≤4 Ω. I høy-resistivitet jord, installer sammenkoblede jordnettgitter med vertikale staver. Bruk enkelt-punkt jordning for analoge kretser og fler-punkt jordning for digitale/høyfrekvenssystemer. Optimaliser gittlayout (f.eks. rektangulært nettverk med kryssingsforbindelser) for å sikre jevnt strømfordeling og lav potensialgradient.

2.3 Filtrering og dempingsteknologier

• Filtre: Installer strømfilters ved inngangen til sekundærustyret for å blokkere høyfrekvent støy. Bruk digitale signalfilteralgoritmer for å forbedre dataintegritet i kommunikasjonskanaler.

• Overvoltagebeskyttelse: Installer ZnO-avledere nær sekundærustyret for å begrense VFTOer og spenningskniver. Bruk overvoltagebeskyttelsesenheter (SPD) på signalets og kommunikasjonslinjer for å ledet midlertidig energi til jord, for å sikre stabil svaksignaloverføring.

2.4 Forsterket hardening av sekundærustyr

• Hårde beskyttelse: Forsterk monteringsbraketter med tykkere stål og legg til stiffeners. Isoler utstyr ved hjelp av gummi-monteringer eller to-trinns vibrasjonsdempere. Sikre PCB-er med tykkere substrater, kantfasteninger og dempelementer. Pot kritiske komponenter (f.eks. IC-er, reléer) i kapsling eller elastiske holder for å unngå løsning. Unngå lange, tynne spor for å redusere risiko for brudd.

• Programvarebeskyttelse: Implementer kontrollsummer og feilrettende koder (ECC) for å oppdage/rette datakorruptering. Sett inn "NOP" (no-operation) instruksjoner i firmware for å tillate gjenoppretting fra EMI-induserte programhopper, for å forhindre deadlocks og forbedre systemets robusthet.

3. Konklusjon
En grundig forståelse av hvordan GIS-disconnectorers operasjoner påvirker sekundærustyret viser at omfattende forebyggende strategier er nødvendige for nettets pålitelighet. Under design, konstruksjon og drift av strømsystemer må elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) mellom GIS og sekundære systemer prioriteres. Ved å integrere strukturell optimalisering, robust skjerming/jordning, avansert filtrering og hårdvar-/programvarehardening, kan de negative effektene av disconnectorinduserte transitorer, EMI og vibrasjon effektivt minimeres - for å sikre tryggere, mer pålitelig og robust strømleveranse.