氣體絕緣金屬封閉開關裝置（GIS）中隔離開關因開斷性能差在動作時會産生上升時間極短的快速瞬态過電壓（VFTO），快速瞬态過電壓上升時間短、幅值高的特性會對電氣裝置絕緣造成嚴重危害。
沈陽工業大學電氣工程學院的張銘洋、高有華、李茜、楊帆、闫茂偉，在2023年第12期《電氣技術》上撰文，利用仿真研究定值燃弧電阻模型、指數燃弧電阻模型、雙曲線燃弧電阻模型、Mayr燃弧電阻模型和重燃弧電阻模型，得到各燃弧模型下快速瞬态過電壓的幅值和頻譜圖，并分析各燃弧模型下快速瞬态過電壓波形的衰減、振蕩與上升時間。通過對比各模型仿真結果得出，重燃弧電阻模型更符合實際電弧模型，利用該模型得到的快速瞬态過電壓幅值、振蕩與上升時間能更好地描述其波形。
氣體絕緣金屬封閉開關裝置（GIS）主要是由斷路器、隔離開關、接地開關、母線、套管等關鍵裝置封裝組合在一起，再充以SF6氣體作為相間和對地絕緣。GIS因占地面積小、檢修友善、絕緣性能好、可靠性高而被廣泛應用于電力系統中。
但是，GIS中一些常用開關（如隔離開關、斷路器）的操作，以及單相接地故障的發生都會在其内部産生快速瞬态過電壓（VFTO）。尤其是隔離開關的操作，當隔離開關打開或關閉空母線時，觸頭間隙會發生多次電弧重燃，這種現象導緻行波線上路中多次反射，各行波互相重疊引起高頻振蕩，形成上升時間極短的快速瞬态過電壓。
此外，燃弧還會在隔離開關和母線上産生殘餘電荷，殘餘電荷随電弧的熄滅與重燃而在母線上積累，而且殘餘電荷放電會與行波折反射互相疊加産生更嚴重的快速瞬态過電壓。快速瞬态過電壓本身具有産生快速、頻率高、幅值高等特征，會對GIS絕緣造成很大危害，是以必須抑制快速瞬态過電壓的幅值與頻率，以保證電力系統的安全運作。
沈陽工業大學電氣工程學院的研究者，通過電磁暫态程式（EMTP）對實際GIS搭建仿真模型，分析快速瞬态過電壓的産生及其波形幅頻特征。隔離開關的燃弧模型會影響快速瞬态過電壓的仿真計算，目前主要是根據實際燃弧情況等效建立燃弧模型，不同模型對快速瞬态過電壓的影響不同，是以合理選擇燃弧模型對快速瞬态過電壓的仿真計算十分重要。
基于某1000kV GIS線路隔離開關合閘操作産生的快速瞬态過電壓，他們利用電磁暫态程式中的MODE子產品建立定值燃弧電阻模型、指數燃弧電阻模型、雙曲線燃弧電阻模型、Mayr燃弧電阻模型和重燃弧電阻模型，求得不同燃弧電阻模型下快速瞬态過電壓的幅頻特性，分析各模型下快速瞬态過電壓波形的上升時間、幅值、諧波分量等特性并進行對比。
圖1 重燃弧電阻模型燃弧流程
研究者發現，不同模型下快速瞬态過電壓的最大值均出現在母線端部處，最小值均出現在變壓器入口電容處。五種模型下的快速瞬态過電壓諧波分量相近，其中一次諧波、二次諧波和十二次諧波占比最多，都含有幾十兆赫茲的諧波分量，且快速瞬态過電壓的上升時間都在1.45μs左右。
表1 不同燃弧電阻模型下VFTO的上升時間
此外，定值燃弧電阻模型下的快速瞬态過電壓波形振蕩相對于其他模型較小，衰減幅度較大。與定值燃弧電阻模型相比，指數燃弧電阻模型下的快速瞬态過電壓波形在前10μs内與之相近，10μs後振蕩更明顯。雙曲線燃弧電阻模型與Mayr燃弧電阻模型下快速瞬态過電壓波形的幅值、上升時間、振蕩和衰減都十分相近。
他們指出，相對于其他模型的不完整或單次描述燃弧過程，重燃弧電阻模型展現出了電弧的多次燃燒與熄滅過程，更貼近實際的燃弧過程。重燃弧電阻模型下快速瞬态過電壓的上升時間相對較長，幅值與其他模型相近且振蕩更明顯，比其他模型更符合實驗波形。
本工作成果發表在2023年第12期《電氣技術》，論文标題為“1000kV GIS中燃弧電阻模型對快速瞬态過電壓的影響”，作者為張銘洋、高有華 等。