產品概述
特快速暫態過電壓(Very Fast Transient Overvoltage, VFTO)是GIS（GIL）中一種特殊形式的過電壓。GIS的斷路器和隔離開關在操作中
，由於隔離開關觸頭運動速度慢, 開關本身的滅弧性能差, 觸頭間隙間會發生多次電弧重燃
，斷路器在分合過程中存在著預擊穿和重擊穿
，將會產生特快速暫態過電壓
。VFTO過電壓幅值理論上能夠接近3pu
，過電壓上升時間可快至數ns量級
。VFTO可以有效傳播到變壓器中
，對變壓器絕緣產生嚴重威脅
。在GIS的實際運行中
，已有較多的關於VFTO導致變壓器絕緣事故的報道
。
此外GIL或電纜設備在擊穿時也將產生類似VFTO的過電壓
，其傳播速度快
，上升沿陡
，接近100ns
，產生的高頻分量豐富
。采用寬頻特性的電容式電壓傳感器（頻響特性為2.1Hz～230MHz）可完整記錄擊穿時產生的暫態電壓
。由於暫態電壓波頭較陡
，因此很好確定波形起始時刻
，利用多傳感器所接受到過電壓的不同起始時間
，結合傳感器之間距離和電壓行波的傳播速度
，可準確計算出擊穿位置
，理論定位精度可達3米
，實測定位精度可達10米
。
因此為準確評估GIS設備在操作時產生的VFTO給設備絕緣帶來的安全風險
，精確定位高壓GIL和電纜的閃絡擊穿點
，反演絕緣事故發展過程
，明確GIS或GIL設備絕緣故障原因
，安裝寬頻帶電壓在線監測及行波定位係統十分必要
。
技術參數
● 基於雜散電容分壓的寬頻帶高電壓測量方法
，測量頻帶實現了2.1Hz-230MHz
。
● 傳感器安裝於GIS或GIL設備內部
，抗幹擾性較好
。
● 寬頻帶電壓測量可應用於VFTO
、雷電暫態和操作暫態的在線監測
，電力係統寬頻帶故障錄波
，以及GIS
、GIL
、
高壓電纜的行波定位
，定位精度10米以內
。
產品優勢
● 寬頻帶電壓監測頻帶寬
，係統采樣率高到250Ms/S,可精確觀察係統中暫態電壓高頻細節
，為絕緣配合
、係統運
維和故障分析提供重要的支撐
。
● 定製的陡度觸發模式
，可自動記錄係統的電壓突變
，便於事故反演
，故障原因分析
。
● 米級的行波定位精度
，切合長距離GIL和電纜的故障定位需求
，可大幅縮短GIL和電纜的故障搶修時間
。
● 係統安裝方便
，維護成本低
。
產品結構
係統分為三級
，分別為
：監測傳感單元（包含VFTO傳感器
，監測終端和GPS或北鬥對時模塊）
、就地控製單元
、上位存儲控製單元
，具體結構如圖所示
。
圖1 寬頻帶電壓在線監測及行波定位係統構架圖1
圖2 寬頻帶電壓在線監測及行波定位係統構架圖2
1）監測傳感單元
監測傳感單元包括與GIS或GIL設備安裝一體的電壓傳感器
，以及由阻抗轉換及觸發單元
、高速采集單元和GPS或北鬥對時模塊組成的監測終端
。
電壓傳感器采用電容分壓原理
，電容式電壓傳感器廣泛應用於窄脈衝電壓的測量和GIS中特快速暫態過電壓（VFTO）的測量
，基本部件有GIS殼體
、高壓母線
、手孔
、手孔蓋板
、感應電極
、絕緣薄膜和電纜等
，感應電極安裝於GIS手孔內部
，感應電極和手孔蓋板之間的電容構成電容分壓的低壓臂電容，感應電極和高壓母線之間的雜散電容構成電容分壓的高壓臂電容
，感應電極相對於手孔蓋板的電壓信號
，及電容分壓信號
，通過電纜輸出到測量設備
。當GIS高壓母線相對於殼體出現VFTO時
，通過該電容式傳感器可以測量VFTO的波形
。
圖3 寬頻帶的電容式VFTO傳感器
數據采集單元采樣率為250MS/s
，采樣模擬帶寬100MHz
，具有靈活的采集觸發機製
，支持連續采集存儲的FIFO模式
。GPS或北鬥對時模塊精度為10ns
。為提高抗幹擾能力
，監測終端采用特種高頻深度抑製的隔離變壓器供電
。采集模塊和阻抗轉換模塊集成安裝在GIS設備手孔蓋板外麵的屏蔽箱內
，屏蔽箱固定在蓋板上
。采集單元通過光纖與就地控製單元連接通信
。
圖4 阻抗轉換與觸發單元
2）就地供電單元
就地供電單元從現場電源控製櫃取電
，給每個監測終端供能
，輸入電壓為220V
。
3）上位存儲控製單元
上位存儲控製單元對各測點的過電壓數據進行存儲分析
。提取過電壓幅值和擊穿時間
，分析其時頻特性
。對超過閾值的過電壓進行預警
，確定擊穿位置
。上位存儲控製單元與三相集中調理單元
、內置傳感和采樣單元間須采用有線連接
，以減少外部幹擾和增加係統安全性
。
上位服務器運行過程中
，主要完成數據接收
、數據解析
、數據存儲、數據上傳及故障定位。
● 數據接收
：接收來自各個采集終端數據
；
● 數據解析
：完成數據解析及數據統計
；
● 數據存儲
：將原始數據及統計信息存儲數據庫
；
● 數據上傳
：根據顯示終端命令上傳數據
；
● 故障定位
：根據不同測點的擊穿時間進行精確定位。
數據係統可完成數據可視化
。數據可視化主要包括實時數據
、統計數據
、分析數據及故障位置。
● 實時數據
：實時顯示當前設備狀態波形
；
● 統計數據
：統計設備某段時間的設備狀態及相關數據
；
● 分析數據
：根據設備近段時間采集數據分析設備當前狀態並進行狀態預測
。
● 故障位置
：根據線纜長度顯示故障位置
。
典型業績
● （1）蘇通1000kV特高壓GIL故障行波定位在線監測係統
。
● （2）大唐集團觀音岩水電廠500kV GIS的VFTO在線監測係統
。