基于快速傅里叶变换的VFTO实测波形分析

陈玮任，张文斌，王立哲，李银城，乔禹宁

(1.昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650000;2.昆明理工大学 理学院，云南 昆明 650000)

在隔离开关开合闸的瞬间，气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)内部会产生特快速瞬态过电压(Very Fast Transient Overvoltage，VFTO)[1-7]。VFTO波头陡峭，幅度达到2.7 pu，波形的上升时间为几ms到十几ms。根据IEC60071-1，VFTO的频率分量由3部分组成：(1)在GIS HV母线中，由最高100 MHz波阻抗的几处轻微变化形成的非常高的频率分量；(2)在GIS高压母线的末端和电缆或架空线的末端，由波阻抗的显着变化形成的高频分量会引起高达30 MHz的反射；(3)由外部大电容设备谐振引起的低频分量，范围从0.1～5 MHz，例如电容式电压互感器或电力线载波系统的耦合电容器。VFTO信号不仅对GIS设备正常运行会产生非常重要的影响，而且对以变压器为主的相关绕组类设备的安全运行造成很大威胁，随着电压等级的升高，从100～500 kV甚至达到1 000 kV，这种影响变得尤为突出[8-10]。

由于GIS设备内部环境及电力设备的复杂性，导致其产生的VFTO信号具有较强的随机性和分散性，因此截止目前，国内外仍然无法给出VFTO信号较准确的参数及波形[11]。对于VFTO波形的研究，主要集中在两方面：最大脉冲幅值和对绝缘性能的影响[12-13]。由于VFTO信号引起的谐振过电压严重威胁到绕组类设备的安全运行，所以有必要对VFTO信号的频谱特征进行分析，以便为抑制其中某些频率成分提供依据。

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)是一种在整个时间域进行的全局变换，其特点是能快速获得整个信号的频谱分布特征。而以短时傅里叶为代表的时频分析方法是通过加“时间窗”的方式来反映信号在某一特定时间区域内的频率分布，主要用来解决信号时频局部化问题。……