气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）中隔离开关因开断性能差在动作时会产生上升时间极短的快速瞬态过电压（VFTO），快速瞬态过电压上升时间短、幅值高的特性会对电气设备绝缘造成严重危害。

沈阳工业大学电气工程学院的张铭洋、高有华、李茜、杨帆、闫茂伟，在2023年第12期《电气技术》上撰文，利用仿真研究定值燃弧电阻模型、指数燃弧电阻模型、双曲线燃弧电阻模型、Mayr燃弧电阻模型和重燃弧电阻模型，得到各燃弧模型下快速瞬态过电压的幅值和频谱图，并分析各燃弧模型下快速瞬态过电压波形的衰减、振荡与上升时间。通过对比各模型仿真结果得出，重燃弧电阻模型更符合实际电弧模型，利用该模型得到的快速瞬态过电压幅值、振荡与上升时间能更好地描述其波形。

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）主要是由断路器、隔离开关、接地开关、母线、套管等关键设备封装组合在一起，再充以SF6气体作为相间和对地绝缘。GIS因占地面积小、检修方便、绝缘性能好、可靠性高而被广泛应用于电力系统中。

但是，GIS中一些常用开关（如隔离开关、断路器）的操作，以及单相接地故障的发生都会在其内部产生快速瞬态过电压（VFTO）。尤其是隔离开关的操作，当隔离开关打开或关闭空母线时，触头间隙会发生多次电弧重燃，这种现象导致行波在线路中多次反射，各行波互相重叠引起高频振荡，形成上升时间极短的快速瞬态过电压。

此外，燃弧还会在隔离开关和母线上产生残余电荷，残余电荷随电弧的熄灭与重燃而在母线上积累，而且残余电荷放电会与行波折反射互相叠加产生更严重的快速瞬态过电压。快速瞬态过电压本身具有产生快速、频率高、幅值高等特征，会对GIS绝缘造成很大危害，因此必须抑制快速瞬态过电压的幅值与频率，以保证电力系统的安全运行。

沈阳工业大学电气工程学院的研究者，通过电磁暂态程序（EMTP）对实际GIS搭建仿真模型，分析快速瞬态过电压的产生及其波形幅频特征。隔离开关的燃弧模型会影响快速瞬态过电压的仿真计算，目前主要是根据实际燃弧情况等效建立燃弧模型，不同模型对快速瞬态过电压的影响不同，因此合理选择燃弧模型对快速瞬态过电压的仿真计算十分重要。

基于某1000kV GIS线路隔离开关合闸操作产生的快速瞬态过电压，他们利用电磁暂态程序中的MODE模块建立定值燃弧电阻模型、指数燃弧电阻模型、双曲线燃弧电阻模型、Mayr燃弧电阻模型和重燃弧电阻模型，求得不同燃弧电阻模型下快速瞬态过电压的幅频特性，分析各模型下快速瞬态过电压波形的上升时间、幅值、谐波分量等特性并进行对比。

图1 重燃弧电阻模型燃弧流程

研究者发现，不同模型下快速瞬态过电压的最大值均出现在母线端部处，最小值均出现在变压器入口电容处。五种模型下的快速瞬态过电压谐波分量相近，其中一次谐波、二次谐波和十二次谐波占比最多，都含有几十兆赫兹的谐波分量，且快速瞬态过电压的上升时间都在1.45μs左右。

表1 不同燃弧电阻模型下VFTO的上升时间

此外，定值燃弧电阻模型下的快速瞬态过电压波形振荡相对于其他模型较小，衰减幅度较大。与定值燃弧电阻模型相比，指数燃弧电阻模型下的快速瞬态过电压波形在前10μs内与之相近，10μs后振荡更明显。双曲线燃弧电阻模型与Mayr燃弧电阻模型下快速瞬态过电压波形的幅值、上升时间、振荡和衰减都十分相近。

他们指出，相对于其他模型的不完整或单次描述燃弧过程，重燃弧电阻模型体现出了电弧的多次燃烧与熄灭过程，更贴近实际的燃弧过程。重燃弧电阻模型下快速瞬态过电压的上升时间相对较长，幅值与其他模型相近且振荡更明显，比其他模型更符合实验波形。

本工作成果发表在2023年第12期《电气技术》，论文标题为“1000kV GIS中燃弧电阻模型对快速瞬态过电压的影响”，作者为张铭洋、高有华 等。