Påverkan av GIS-avkopplingsoperationer på sekundärutrustning

Påverkan av GIS-disconnectoroperationer på sekundärutrustning och åtgärder för att mildra effekterna

1.Påverkan av GIS-disconnectoroperationer på sekundärutrustning
1.1 Effekter av överspänningar under kortvarig tidsperiod
Under öppnings/stängningsoperationer av gasisolereda växelapparater (GIS) orsakar upprepade bågegenskap och utsläckning mellan kontakter energiutbyte mellan systeminduktans och kapacitans, vilket genererar kopplingsöverspänningar med magnituder 2–4 gånger den nominella fasvoltsamheten och varaktighet från tiotals mikrosekunder till flera millisekunder. När korta busbarar opereras—där disconnectorkontakthastigheten är långsam och det inte finns någon bågutsläckningsförmåga—producerar förstuds och omstudsfenomen Mycket Snabba Transient Överspänningar (VFTO).

VFTO sprider sig genom interna GIS-ledare och behållare. Vid impedansdiskontinuiteter (t.ex. bushings, mättransformatorer, kabeltermineringar) reflekteras, refraktas och superponeras resande vågor, vilket förvränger vågformerna och förstärker VFTO-toppvärden. Med branta vågfrontar och nanosekundskalig stigningstid inducerar VFTO transient spänningsflöden vid sekundärutrustningsingångar, vilket riskerar skada på känslig elektronik. Detta kan orsaka felaktigt fungerande skyddsrälser—som utlöser ogrundat trippning—andrar högnoggrann signalbehandling och dataöverföring. Dessutom degraderar VFTO-genererad högfrekvent elektromagnetisk störning (EMI) kommunikationsmoduler, vilket ökar bitfelhastigheter eller orsakar dataförlust, vilket minskar övervaknings- och styrningsfunktioner i anläggningen.

1.2 Potentialökning i behållare
Efter som Kina expanderar sina ultra-högspännings- (UHV) och extra-högspänningsnät (EHV), har elektromagnetisk störning från GIS-disconnectoroperationer blivit alltmer allvarlig. Den koaxiella strukturen hos GIS—bestående av inre aluminium/kopparledare och yttre aluminium/stålbehållare—visar utmärkt högfrekvent transmission. På grund av skinneffekten flödar högfrekventa transientströmmar längs den yttre ytan av ledaren och den inre ytan av behållaren, vilket vanligtvis förhindrar fältläckage och håller behållaren vid jordpotential under normala förhållanden.

När VFTO-inducerade transientströmmar möter impedansmissmatchningar (t.ex. vid bushings eller kabeltermineringar) inträffar delvis reflektion och refraktion. Några spänningskomponenter kopplas mellan behållaren och jorden, vilket orsakar en momentan potentialökning på annars jordad behållare. Detta innebär risker för personers säkerhet och kan försämra isoleringen mellan behållaren och interna ledare, vilket accelererar materialåldring och minskar utrustningslivslängd. Dessutom sprider denna höjda potential via kablar och anslutna enheter till sekundära system, vilket inducerar EMI som leder till falsk trippning, datafel eller till och med interna genombrott—vilket direkt hotar elsystemets tillförlitlighet.

1.3 Elektromagnetisk störning (EMI)
I GIS-anläggningar genererar disconnector/brytaroperationer och blixttråffar transienta elektromagnetiska fält som påverkar sekundära system via konduktions- och radiell koppling.

• Konduktionsstörning uppstår genom mättransformatorer och jordpotentialskillnader. VFTO kopplas från primär till sekundärkretsar via flytande kapacitans och induktans i transformatorer. De injiceras också i jordningsnätet genom jordningselektroder, vilket höjer hela jordpotentialen och skapar jordloopar som destabiliserar sekundärutrustning.

• Radiell störning inträffar när transienta EM-fält sprider sig genom rymden, vilket direkt kopplar till sekundära kablar och enheter. Elfeltkoppling påverkar högimpedansnoder, vilket orsakar signalförvrängning eller falskt utlösande—särskilt känsligt för avstånd, fältsorientering och enhetsgeometri. Magnetisk feltkoppling inducerar elektromotoriska krafter i kretssluten enligt Faradays lag; dess svårighetsgrad beror på fältstyrka, förändringstakt och sluttområde.

1.4 Mekaniska vibrationsverkningar
Disconnectoroperationer inducerar mekaniska vibrationer på grund av kontaktinverkan, friktion och elektromagnetiska krafter under anslutnings/avbrottsåtgärder. Snabb separation vid öppning eller kraftfull engagemang vid stängning genererar chockvågor som vibrerar GIS-strukturen. Transmission genom kopplingar och givningar sprider ytterligare vibrationer till intilliggande sekundärutrustning.

Sådana vibrationer kan lösa mekaniska fastigheter, försämra elektriska anslutningar, öka mätfel eller—under extrema förhållanden—orsaka kortslut. Långsiktig exponering accelererar åldring av både mekaniska och elektroniska komponenter, vilket förkortar utrustningslivslängd och sänker tillförlitlighet.

2.Åtgärder för att skydda sekundärutrustning
2.1 Optimerad GIS-strukturdesign

• Materialval: Använd SF₆-mixtures med högre dielektrisk styrka; välj lågförlust, högkonduktivitetmaterial (t.ex. Cu/Al) för skärmning; optimera busbarlängd och kapacitans för att dämpa VFTO-amplituden.

• Strukturella förbättringar: Jämna ledare och skärmgeometrier för att minska elfeltkoncentration; förbättra isolatorstödsdesign för jämn fältdistribution; implementera kontrollerad disconnectoroperationshastighet och lägg till snubberkretsar för att absorbera transient energi.

• Vibrationkontroll: Installera hydrauliska buffer eller fjädrar i driftmekanismer; använd gummidämpare mellan GIS och fundament; förbättra kontaktytans precision för att minimera inverkningskrafter.

2.2 Förbättrad skärmning och jordning

• Sköldning: Omge känslig sekundärutrustning (t.ex. reläer, kommunikationsenheter) med ledbara bockar (galvaniserad stål/aluminium) med tättande sömmar. Använd sköldade eller dubbeltsköldade kablar med korrekt terminering; använd filtrerade kopplingar och nät på ventilerna. För korta kablar (<10 m), använd enpunktsjordning; för längre sträckor, använd flerpunktsjordning för att minimera inducerade spänningar.

• Jordning: Håll jordningsmotstånd ≤4 Ω. I högresistiva jordar, distribuera sammanlänkade jordningsnät med lodräta stänger. Använd enpunktsjordning för analoga kretsar och flerpunktsjordning för digitala/högfrekventa system. Optimera nätets layout (t.ex. rektangulärt nät med korsningskopplingselektroder) för att säkerställa jämn strömfordelning och låga potentialgrader.

2.3 Filter- och dämpningstekniker

• Filter: Installera nätfilter vid ingången till sekundärutrustningen för att blockera högfrekventa brus. Använd digitala signalfiltreringsalgoritmer för att förbättra dataintegriteten i kommunikationskanaler.

• Överspänningskydd: Distribuera ZnO-blixtnaglar nära sekundärutrustningen för att begränsa VFTOs och växlingsöverhöjningar. Använd överspänningskyddsanordningar (SPDs) på signal- och kommunikationslinjer för att ledas bort transient energi till jorden, vilket säkerställer stabil överföring av svaga signaler.

2.4 Förstärkt skydd av sekundärutrustning

• Hårdvaruskydd: Förstärk monteringsbrädor med tjockare stål och tillagda förstärkningar. Isolera utrustning med gummimonteringar eller tvåstegs vibrationsisolatorer. Fäst PCB:er med tjockare substrat, kantringar och dämpningsunderlägg. Pott kritiska komponenter (t.ex. IC:er, reläer) i kapslade eller elastiska hållare för att förhindra lossning. Undvik långa, tunna spår för att minska risken för frakturella skador.

• Programvaruskydd: Implementera kontrollsummor och felrättande koder (ECC) för att upptäcka/korrigerar datakorruption. Infoga "NOP" (no-operation)-instruktioner i firmware för att möjliggöra återhämtning från EMI-inducerade programhopp, vilket förhindrar deadlocks och ökar systemets motståndskraft.

3.Slutord
En grundlig förståelse för hur GIS-avkopplingsoperationer påverkar sekundärutrustning visar att omfattande lindringsstrategier är nödvändiga för nätets tillförlitlighet. Vid design, byggnation och drift av elkraftsystem måste elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) mellan GIS och sekundära system prioriteras. Genom att integrera strukturell optimering, robust sköldning/jordning, avancerade filter och hårdvaru/programvaruhärdning kan de negativa effekterna av avkopplingsinducerade transitorer, EMI och vibrationer effektivt minskas—vilket säkerställer säkrare, mer tillförlitlig och motståndskraftig elleverans.