7.6 变电站与发电厂里的VFTO特性比较
7.6.1 变电站与发电厂接线图的比较
根据DL/T 500/2000《火力发电厂设计技术规程》的规定，技术经济合理时，容量为600MW机组的发电机出口可装设断路器GCB，根据相关的调研结果，中国部分发电厂发电机出口装设了GCB[15]。因此，在比较变电站与发电厂中的VFTO时，需分发电厂中发电机出口带GCB和不带GCB两种情形进行讨论。
7.6.1.1 发电机出口不带GCB的发电厂与变电站主接线图比较
截至目前，国内尚未出现特高压发电厂，主要是受特高压发电厂中的特高压变压器制造技术的制约。在西北地区，目前已经出现了750kV的发电厂，单台发电机组容量约为1000MW，用于750kV发电厂中的变压器的低压侧绕组额定电压约为25～27kV，高压侧绕组额定电压为750kV，由此可以推知，将来制造用于1000kV发电厂中的变压器也是可能的，实际上目前国内已有部分高校和科研单位开始研究直接用于特高压发电厂中的特高压变压器。因此，在不久的将来，可能会出现特高压发电厂。特高压发电厂与GIS变电站的主接线图如下图7-15所示，其中特高压发电厂中发电机出口未带GCB。
图7-15 发电机出口不带GCB的特高压发电厂和变电站接线图
从图7-15（a）、（b）可以发现，特高压GIS变电站和特高压发电厂主变高压侧的接线方式与设备配置主要存在两方面的差异：第一，发电厂和变电站相比，多装设了出线出口隔离开关（图7-15（a）中DS102）和变压器出口隔离开关（图7-15（a）中DS101）。由于所操作的隔离开关离主变越近，传播至主变端口的VFTO波前陡度就越大，而距离主变最近的显然是发电厂变压器出口隔离开关（图7-15（a）中DS101），所以操作该隔离开关时产生的VFTO波前陡度对主变的危害是最大的。第二，发电厂主变高压侧出口一般不配置CVT，而变电站主变高压侧出口则需要配置CVT。由于电容处电压不能突变，CVT的等效对地电容对VFTO波前陡度有一定的限制作用。因此，对于发电机出口未装设GCB的情形，在投切主变时，VFTO波前陡度对发电厂主变的威胁将更甚于变电站主变。
7.6.1.2 发电机出口带GCB的发电厂与变电站主接线图比较
下图7-16（a）、（b）分别示出了发电机出口带有GCB的发电厂和特高压GIS变电站的主接线图。
图7-16 发电机出口带GCB的特高压发电厂和变电站接线图
当发电机出口装设了GCB时，此类发电厂中VFTO特性与发电机出口不带GCB的发电厂中的VFTO特性不同，而与特高压GIS变电站中VFTO特性相类似，在此不再展开详细讨论。
7.6.2 特高压GIS变电站与发电厂中VFTO特性的比较
下面将选取某远期1000kV GIS变电站（算例二）和假设的与该变电站中GIS参数相同的1000kV发电厂为计算模型（算例三），仿真计算在典型的隔离开关操作方式下VFTO对GIS本体以及主变的影响。从严考虑，本节讨论变电站和发电厂中VFTO特性时，同样均讨论隔离开关不加装并联电阻的情形。
算例三：参照本章算例二1000kV变电站的GIS参数，该发电厂同样采取3/2接线，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出口套管与主变出线隔离开关之间的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。其中，该发电厂分为发电机出口带GCB和不带GCB两种情形。
7.6.2.1 对GIS本体主绝缘和主变主绝缘的影响对比
在三种典型的隔离开关操作方式下，GIS本体和主变端口处的最大VFTO值如下表7-10所示。
表7-10 典型隔离开关操作方式下发电厂与变电站中VFTO幅值比较
由表7-10可知，对于算例二和算例三中的1000kV变电站和发电厂，三种典型的隔离开关操作方式下，发电厂和变电站中GIS本体上的最大VFTO幅值在2.4～2.6 p.u．之间，超过了2.32 p.u．的限制水平，会对GIS本体主绝缘构成威胁；而主变端口的VFTO幅值最大不超过1.43p.u.，没有超过2.18p.u．的限制水平。因此，对于该1000kV变电站和发电厂，VFTO不会对主变主绝缘构成威胁。
1）GCB对发电厂中VFTO幅值的影响
由表7-10可知，对于特高压发电厂，投切出线时，发电机出口带有GCB的发电厂中GIS本体上的VFTO幅值为2.35 p.u.，与发电机出口不带GCB的发电厂相同，带有GCB的发电厂中主变端口的VFTO幅值为1.13 p.u.，与不带GCB的发电厂也相同。另外，投切母线时的情况也相类似。因此，对于特高压发电厂中投切出线和投切母线的两种典型隔离开关操作方式，发电机出口是否带有GCB对GIS本体和主变端口处的VFTO幅值影响均不大。但是对于投切主变的操作方式，发电机出口是否带有GCB对VFTO幅值影响很大。当发电机出口不带GCB时，GIS本体以及主变端口的VFTO幅值分别为2.50p.u．和1.43p.u.；当发电机出口带GCB时，两者的幅值分别为2.36p.u．和0.03p.u.，它们均小于发电机出口不带有GCB的情形。
2）带GCB的发电厂与变电站VFTO幅值特性比较
另外，再由表7-10可知，发电机出口带有GCB的发电厂中的VFTO幅值特性与变电站中的VFTO幅值特性类似，即当发电机出口带有GCB时，三种典型隔离开关操作方式下，发电厂中GIS本体上的VFTO幅值以及主变端口的VFTO幅值与变电站中GIS本体上的VFTO幅值以及主变端口的VFTO幅值相差不大。投切出线时，带有GCB的发电厂中GIS本体上的VFTO幅值与变电站仅相差0.02p.u.，二者主变端口的VFTO幅值仅相差0.04p.u.；投切母线时，二者GIS本体上VFTO幅值和主变端口的VFTO幅值分别仅相差0.04p.u．和0.11p.u.；投切主变时，二者GIS本体上VFTO幅值和主变端口的VFTO幅值分别仅相差0.02p.u．和0.01p.u.。因此，当发电机出口带有GCB时，发电厂中的VFTO幅值特性与变电站中相类似。
综上可知，对于特高压发电厂中投切出线和投切母线的操作方式，发电机出口是否带有GCB对VFTO的幅值影响不大。但是，对于投切主变的情形，当发电机出口不带GCB时，GIS本体与主变端口的VFTO幅值均要大于发电机出口带GCB的情形。另外，当发电机出口带有GCB时，三种典型的操作方式下发电厂与变电站中产生VFTO的幅值相类似。
7.6.2.2 对主变纵绝缘的影响对比
本节主要研究VFTO对1000kV GIS变电站和发电厂中主变纵绝缘的危害。根据前面的分析，GIS套管出口与主变之间的架空线以及GIS套管出口与断路器串之间的GIS管道母线对VFTO的波前陡度均有削弱作用，从严考虑，将该段架空线以及GIS母线的长度均设为0m。对于算例二和算例三中1000kV GIS变电站和发电厂，在三种典型的隔离开关操作方式下，入侵主变端口的VFTO波前陡度如表7-11所示。由于表7-11中的结果是在偏严条件下得出的，因此，该结果对一般的变电站和发电厂也具有参考价值。
表7-11 典型隔离开关操作方式下发电厂与变电站中入侵主变的VFTO波前陡度比较
由表7-11可知，对于特高压发电厂，无论发电机出口是否带有GCB，三种典型的隔离开关操作方式下入侵主变端口的最大VFTO波前陡度均超过1875 kV/μs的限制水平，有可能会对主变纵绝缘构成威胁；对于特高压变电站，三种典型的隔离开关操作方式下，入侵主变的VFTO波前陡度最大为1531kV/μs，通常不会超过1875kV/μs的限制水平，不会对主变纵绝缘构成威胁。
1）GCB对发电厂中VFTO波前陡度的影响
由表7-11可知，对于特高压发电厂，投切出线时，发电机出口带有GCB的发电厂中入侵主变的VFTO波前陡度为2200kV/μs，与发电机出口不带GCB的发电厂中情况相同；投切母线时，发电机出口带有GCB的发电厂中入侵主变的VFTO波前陡度为1678kV/μs，与发电机出口不带GCB的发电厂中情况也相同。因此，对于特高压发电厂中投切出线和投切母线的操作方式，发电机出口是否带有GCB对入侵主变端口的VFTO波前陡度影响不大。但是，对于投切主变的操作方式，发电机出口是否带有GCB对入侵主变端口的VFTO波前陡度影响很大。对于投切主变的操作方式，当发电机出口不带GCB时，入侵主变端口的VFTO波前陡度达到5090kV/μs，远大于发电机出口带有GCB的情形（890kV/μs）。因此，造成投切主变时入侵两种发电厂中主变端口的VFTO波前陡度不一样的主要原因是发电机出口是否带有GCB，当发电机出口带有GCB时，操作相关的隔离开关时主变已不带电，从而造成入侵发电厂主变的VFTO波前陡度大幅削弱。因此，对于发电厂而言，发电机出口是否带有GCB对入侵主变的VFTO波前陡度会造成很大的影响。
2）带GCB的发电厂与变电站VFTO陡度特性比较
再由表7-11可以看出，对于投切母线和主变的操作方式，发电机出口带有GCB时的入侵主变的VFTO波前陡度比变电站中入侵主变的VFTO波前陡度略小，但比较接近。而对于投切出线的操作方式，入侵发电厂中主变的VFTO波前陡度达到2200kV/μs，高于限制水平；而入侵变电站中主变的VFTO波前陡度为1531 kV/μs。因此，投切出线时带有GCB的发电厂中入侵主变的VFTO波前陡度要大于变电站中的情形，这是由变电站主变高压侧安装了CVT所致。
7.6.3 特高压GIS变电站与发电厂中VFTO的比较总结
综上所述，对于1000kV的GIS变电站和发电厂，在典型的隔离开关操作方式下，VFTO对三类绝缘的危害如下表7-12所示，VFTO对主变纵绝缘的威胁主要考虑VFTO的波前陡度对主变纵绝缘的影响。其中，发电厂分为发电机出口带GCB和不带GCB两种情形。
表7-12 发电厂与变电站中VFTO对三类绝缘的危害总结
由表7-12可知，VFTO对特高压发电厂和变电站中GIS本体主绝缘均会构成威胁，但不会对主变主绝缘构成威胁。另外，对于特高压变电站，VFTO通常不会对主变纵绝缘构成威胁；而对于特高压发电厂，无论发电机出口是否带有GCB, VFTO均会对发电厂中的主变纵绝缘构成威胁。
因此，对于1000kV GIS变电站，需要重点防护VFTO对GIS本体主绝缘构成的威胁；而对于1000kV发电厂，需重点防护VFTO对GIS本体主绝缘和主变纵绝缘构成的威胁。