7.9 变电站和发电厂中GIS暂态壳体电压（TEV）研究
在特高压变电站和发电厂中，由隔离开关操作引起的VFTO将会耦合到壳体与地之间，从而造成危险的壳体暂态电位升高（TEV）。暂态壳体电压是影响变电站绝缘及安全运行的关键因素之一，是变电站电磁兼容设计的重要依据，故暂态壳体电压所引起的绝缘问题及对二次设备的干扰问题也越来越受到人们的关注[26][27]。本节将对GIS变电站和发电厂中的GIS暂态壳体电压的成因、危害以及抑制措施等问题展开讨论。
7.9.1 产生原理
当VFTO波在GIS管道上传播时，在波阻抗发生变化的节点，VFTO波就会发生折、反射，此时GIS管道外壳的外表面会流过电流，使GIS外壳暂态地电位升高，即形成暂态壳体电压（TEV, Transient Enclosure Voltage）[27]。连接GIS管道和架空线的套管处就是GIS结构内最严重的阻抗不连续节点，因此，在套管附近的GIS管道外壳上的暂态壳体电压最为严重。
图7-34为套管处的GIS结构图。当GIS管道内部产生的VFTO以行波方式传播到连接GIS管道和架空线的套管时，VFTO一部分折射到架空线上，沿架空线传播；另一部分则通过电磁感应耦合到壳体与地之间，造成GIS管道的暂态壳体电压（TEV）；还有一部分反射回GIS管道内[27]。
图7-34 套管处的GIS结构
7.9.2 TEV计算方法
7.9.2.1 套管连接处的建模方法
在GIS与套管的连接处（如图7-34所示）形成连接于一点的三条传输线系统，分别为GIS导体与壳体内表面间的波阻抗Z1构成的回路、架空线与大地间的波阻抗Z2构成的回路和壳体外表面与大地间的波阻抗Z3构成的回路。在A点一部分电压波将耦合到壳体与地之间，造成暂态壳体电位升高，另一部分折射到架空线上。对于该处的建模采用变比为1∶1的理想变压器模型，将3条传输线连接起来，如图7-35所示[27]。Z1为GIS导体对外壳的波阻抗，Z1=60ln（R1/R2）, R1为GIS外壳内径，R2为GIS导体半径；Z2为套管外侧架空线路波阻抗，一般为300～400Ω; Z3为GIS管道外壳对地波阻抗，Z3=60ln（2h/R）, h为GIS管道中心对地高度，R为GIS管道外壳外径。
图7-35 GIS与套管连接处模型
7.9.2.2 求取暂态壳体电压（TEV）的整体模型的建立
在搭建求取暂态壳体电压的整体模型时，分为内部电路模型和外部电路模型两部分，两者通过图7-35所示的理想变压器模型连接起来。首先根据电气主接线图及各元件参数来构建内部电路，然后与由壳体外壁与大地间的波阻抗和架空线与大地间的波阻抗所组成的外部电路，并通过理想变压器模型相连接，从而构成描述GIS暂态过程的电路。图7-36是GIS的一种电气主接线连接方式，图7-37[27]给出了当CB102断开、DS1021闭合、操作DS1022时所建立的求取TEV的整体模型。
图7-36 GIS电气主接线连接示意图
图7-37 求取TEV的整体电路模型示意图
图7-37中，R（t）表示隔离开关操作时所产生电弧的时变电阻，CCB102为断路器CB102的断口电容，CDS1021、CT 分别为隔离开关闭合时的等效对地电容和变压器的等效入口电容，Lground1、Lground2分别为套管1和套管2接地支架处的接地线电感，LT为变压器的等效电感。虚线框中部分表示GIS壳体，字母A～D表示GIS壳体上各处TEV测量点，同时也是仿真时需重点关注TEV的地方。
7.9.3 降低暂态壳体电压的措施
暂态壳体电压有可能对二次设备乃至电力系统运行的可靠性带来危害，甚至危及运行人员的安全，为此必须采取一定的限制措施。
7.9.3.1 加装隔离开关并联电阻
通过采取隔离开关加装并联电阻的措施，能够有效地降低特高压变电站或发电厂中的VFTO幅值，从而使得耦合到GIS壳体上的TEV也相应降低。因此，隔离开关加装并联电阻是一项降低TEV的有效措施。
7.9.3.2 降低套管出口处接地线电感
由于VFTO是从套管处传播到GIS外壳的，套管处接地电感值越小，VFTO波流经该电感后产生的电压值越低，即套管出口处壳体电压越低。因此，做好套管处的接地（接地电阻要低，如图7-38所示），降低套管处接地线电感值是抑制TEV的最有效手段。浙江大学仿真表明，500kV和1000kV GIS中采用铜接地时效果较好。
图7-38 GIS变电站套管出口的接地示意图
通常采取的降低接地线电感的措施有增加套管出口处的接地引下线数量、采用磁导率比较小的材料如铜、不锈钢等。相比于普通钢材，铜和不锈钢单位长度的电感要小得多。