7.3 1000kV GIS变电站中不同运行工况下的VFTO
VFTO过电压的幅值和特性跟变电站的主接线和运行工况密切相关，由于3/2台断路器接线方式具有很高的运行可靠性与灵活性，且调度扩建方便，1000kV GIS变电站一般采用3/2台断路器接线方式，如图7-7所示。其中，每串断路器串上断路器与隔离开关（CB101与DS1012）之间的平均距离约为5m，两个相邻的隔离开关（DS1012与DS1021）之间的平均距离为约14m; GIS出口套管与断路器串之间的GIS管道母线平均长度为40m; GIS出口套管与主变之间的架空线长度为60m。1000kV GIS变电站的开关操作按操作对象主要可分为三类：主变操作、出线操作和母线操作。
图7-7 GIS电站系统接线图
7.3.1 主变操作产生的VFTO
主变操作可分为切主变和合主变两类。以操作主变Tr1为例，切主变Tr1时，需先断开断路器102和103，再断开隔离开关1021、1032、1022和1031；合主变Tr1时，需先合隔离开关1022、1031、1021和1032，再合断路器102和103。针对投切主变的情形，在操作隔离开关时断路器尚未合闸，因此分合隔离开关1022和1031通常不会产生VFTO，而在操作隔离开关1021和1032时可能产生幅值较大的VFTO。经仿真分析表明，主变操作会在GIS本体上产生的VFTO最大值可达2.38 p.u.，可能超过GIS绝缘强度，对GIS本体主绝缘具有一定威胁；而在投切主变、操作隔离开关时，由于断路器尚未合闸，因此在主变端口的VFTO最大值仅为0.02p.u.，对主变主绝缘不构成威胁。分合隔离开关1021或1032时，断路器102和103均处于断开状态，切断了VFTO入侵主变的路径，VFTO只能通过断路器断口电容传到主变断口，且主变出口与GIS套管出口之间有一段长约60m的架空线，因此操作传播到主变入口处的VFTO波前陡度较小，约为412kV/μs，对主变匝间绝缘也不会构成危害。
7.3.2 出线操作产生的VFTO
出线的操作过程与主变操作相似，切出线时需先断开相应断路器再拉开相应隔离开关，投出线时需先合相应隔离开关再合相应断路器，以切出线1例，切除出线时先断开断路器102、101，再依次拉开隔离开关1021、1012、1011、1022；投入出线时与上述顺序相反。分合上述四个隔离开关均可能产生VFTO。出线操作时GIS本体上的VFTO最大幅值在2.37 p.u．左右，超过了GIS绝缘强度的承受范围，可能会对GIS本体主绝缘产生危害；主变端口最大VFTO幅值为1.09 p.u.，远没有超过主变主绝缘的限制水平，不会对主变主绝缘构成威胁。当操作隔离开关1022时，产生的VFTO波可以通过GIS母线入侵主变端口，因此，传播到主变入口的VFTO波前陡度要比投切主变时高。但是由于主变端口和GIS套管出口之间有一段长约60m的架空线，因此到达主变入口的最大波前陡度仅为550kV/μs，对主变匝间绝缘不构成危害。
7.3.3 母线操作产生的VFTO
切母线时，需先依次断开该母线上连接的所有运行断路器（如断路器103、203、303），再依次断开各母线断路器两侧隔离开关（如隔离开关1031、1032、2031、2032、3031、3032）。隔离开关1031、2031、3031的一端仍与系统连接，分合这些开关可能会产生VFTO，但此时GIS本体上的VFTO最大幅值约为2.0p.u.，主变端口的VFTO最大幅值约为1.04p.u.，与绝缘强度之间仍留有很大裕度。传播到主变入口处的VFTO最大波前陡度约为533 kV/μs，不足以对主变的匝间绝缘造成威胁。投母线时，需先依次合上各母线断路器两侧隔离开关，再依次合上该母线连接的所有（或部分）运行断路器。由于母线检修时经接地开关释放残余电荷，负载侧残余电荷电压为零电位，此时合闸隔离开关产生的VFTO较运行改检修时大为降低，对电站的主绝缘和主变绝缘均不构成威胁。
根据以上三节内容，可以得出如下表7-1所示的VFTO计算结果。
表7-1 不同操作方式下的VFTO计算结果
可见，该1000kV GIS变电站的母线操作产生的VFTO对GIS本体主绝缘不会产生威胁，而出线操作和主变操作时的VFTO对GIS本体主绝缘产生威胁。由于该1000kV GIS变电站GIS套管出口与主变之间架设了一段较长的架空线，因此，三种操作方式下，入侵主变的VFTO波前陡度（如表7-1所示）均不超过限制水平，对主变纵绝缘不构成威胁。
但是，不同的变电站中该段架空线长度通常不一样，因此，不同操作方式下VFTO是否对主变纵绝缘构成威胁应视具体情况而定。然而根据本章后面的研究结论，对于1000kV GIS变电站，即使该架空线长度为零，在不同隔离开关操作方式下，入侵主变的VFTO波前陡度均不会超过1875 kV/μs的限制水平，且有10%左右的裕度。
综上所述，对于1000kV GIS变电站，VFTO对变电站内主变主绝缘和纵绝缘均不构成威胁，但会对GIS本体主绝缘构成威胁。因此，需重点防护VFTO对GIS本体主绝缘构成的威胁。