本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真裝置及其方法，該仿真裝置采用限壓器芯體電阻R(i)模擬限壓器芯體的等效電阻隨電流變化的特性，限壓器芯體電阻R(i)與限壓器芯體電容C1并聯(lián)構(gòu)成RC回路模擬限壓器芯體的高頻響應(yīng)特性，電容C1取決于限壓器閥片的高頻電容和限壓器芯體結(jié)構(gòu)；由限壓器內(nèi)部連接導(dǎo)體的高頻電感構(gòu)成限壓器連接電感L，RC回路與電感L串聯(lián)構(gòu)成RLC回路，與限壓器對地電容C2并聯(lián)，由此形成限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真方法，實(shí)現(xiàn)特快速暫態(tài)過電壓下的限壓器特性仿真計(jì)算，分析限壓器對特快速暫態(tài)過電壓的抑制作用及其適用范圍。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)過電壓領(lǐng)域，具體涉及了一種。
技術(shù)介紹
試驗(yàn)研究表明，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)隔離開關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生幅值高、 陡度大的特快速暫態(tài)過電壓(以下簡稱VFT0)，對GIS及其連接設(shè)備絕緣、外殼連接的二次設(shè)備運(yùn)行有重要影響。目前，普遍采用東芝公司提出的GIS隔離開關(guān)帶阻尼電阻的方法抑制VFT0，在實(shí)際中得到了較好的應(yīng)用，我國特高壓交流試驗(yàn)示范工程的長治站和南陽站均采用了該方案。清華大學(xué)嘗試在GIS高壓導(dǎo)桿上安裝高頻磁環(huán)來抑制VFT0，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室研究，還需通過現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證該措施的有效性。近年來，隨著金屬氧化物限壓器(以下簡稱限壓器)性能提升，其對VFTO的抑制作用逐漸成為了研究關(guān)注的熱點(diǎn)。電力系統(tǒng)中安裝的限壓器主要用于限制雷電和操作過電壓，因VFTO波頭時(shí)間較短，可達(dá)數(shù)ns，產(chǎn)生的特快速暫態(tài)電流的波頭時(shí)間與VFTO波頭時(shí)間接近，振蕩頻率可能達(dá)到IOOMHz以上，限壓器閥片的高頻響應(yīng) 性能有限，甚少考慮用限壓器抑制VFT0。上世紀(jì)八十年代起，為了研制性能優(yōu)異的限壓器，國內(nèi)外對限壓器在陡沖擊波下的響應(yīng)特性進(jìn)行了探索。BBC公司建立了方波電流源對不同結(jié)構(gòu)的限壓器閥片進(jìn)行了試驗(yàn)研究，中國電力科學(xué)研究院研制了陡沖擊電流波裝置，試驗(yàn)研究了閥片結(jié)構(gòu)和物性等對限壓器響應(yīng)特性的影響。在試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，國外提出了一些限壓器高頻模型，如BBC公司提出的暫態(tài)電壓下的限壓器模型，IEEE工作組推薦的限壓器電氣模型，Pinceti提出了簡化的IEEE模型， IkmoKim建議采用非線性電感模型，東芝提出了考慮能量影響的動(dòng)態(tài)伏安特性模型等。這些限壓器仿真模型適用頻率范圍較寬，可適用于O. 5μ s及以上波頭時(shí)間的雷電和操作波計(jì)算，均未達(dá)到VFTO的計(jì)算頻率，且模型結(jié)構(gòu)和計(jì)算過程較復(fù)雜，獲取模型參數(shù)的難度較大， 實(shí)用性不足。為了研究限壓器對VFTO的抑制效果，有必要建立限壓器在小于O.1 μ s波頭時(shí)間的VFTO下的專用仿真模型，提出限壓器的VFTO仿真方法，計(jì)算限壓器對VFTO的抑制作用及其特性，得到限壓器抑制VFTO的效果及其適用范圍等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為彌補(bǔ)現(xiàn)有限壓器高頻仿真模型計(jì)算VFTO存在的不足，本專利技術(shù)的目的之一在于提出一種準(zhǔn)確性更高的金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真裝置。本專利技術(shù)是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真裝置，所述金屬氧化物限壓器包括限壓器殼體以及置于其內(nèi)部的單柱芯體和連接導(dǎo)體，所述連接導(dǎo)體與限壓器外殼高壓端相連，各單柱芯體之間進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)單柱芯體中均設(shè)有相互串聯(lián)的若干閥片，該仿真裝置包括限壓器芯體電阻、限壓器芯體電容、限壓器連接電感和限壓器對地電容，所述限壓器芯體電阻與限壓器芯體電容并聯(lián)構(gòu)成RC回路，所述限壓器連接電感與RC回路串聯(lián)構(gòu)成RLC 回路，所述限壓器對地電容與RLC回路相并聯(lián)。其中，所述限壓器芯體電阻是根據(jù)各單體芯體中所有閥片在波頭時(shí)間小于IOOns 的沖擊電流下得到的電壓與電流的比值進(jìn)行確定；所述限壓器芯體電阻為所有單柱芯體電阻并聯(lián)的等效電阻，單柱芯體電阻為該芯體中所有閥片的電阻之和。其中，所述沖擊電流的幅值范圍為500A 30kA。其中，根據(jù)單柱芯體的數(shù)量以及各單柱芯體中閥片的數(shù)量確定出各單柱芯體的電場分布，從而得到限壓器芯體電容；所述限壓器芯體電容為所有單柱芯體電容之和，單柱芯體電容為該芯體中所有閥片的電容串聯(lián)的等效電容。其中，所述限壓器連接電感為連接導(dǎo)體總長度與單位長度導(dǎo)體的高頻等效電感的乘積；基于畢奧一薩伐爾定律計(jì)算出連接導(dǎo)體所處空間的磁場，從而得到限壓器連接電感。其中，所述限壓器對地電容是根據(jù)金屬氧化物限壓器的安裝方式、通過電磁場數(shù)值方法計(jì)算得到限壓器對地的集中雜散電容，所述金屬氧化物限壓器采用立式或臥式的安裝方式。限壓器對地電容為限壓器對地的空間雜散電容，根據(jù)限壓器安裝布置方式不同， 對限壓器對地電容C2的影響較大，應(yīng)結(jié)合限壓器在現(xiàn)場的安裝布置方式，并采用電磁場數(shù)值方法計(jì)算得到限壓器對地的集中雜散電容。本專利技術(shù)的另一目的在于提出一種金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真方法，包括以下步驟I)設(shè)置金屬氧化物限壓器的持續(xù)運(yùn)行電壓U。，并計(jì)算時(shí)間步長At ;2)計(jì)算特快速暫態(tài)過電壓回路中金屬氧化物限壓器安裝位置的特快速暫態(tài)過電壓峰值U0 ；3)設(shè)置金屬氧化物限壓器內(nèi)各單柱芯體的閥片數(shù)；·4)構(gòu)建金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真裝置，并將其接入特快速暫態(tài)過電壓回路中，采用四階龍格庫塔法，仿真計(jì)算限壓器兩端的電壓峰值Ur和電流峰值Ia ；5)判斷是否滿足下述條件Ia 彡 O 且 Uc < Ur < U0 ;若滿足，則進(jìn)行步驟6);否則，跳轉(zhuǎn)至步驟3)；6)輸出金屬氧化物限壓器內(nèi)各單柱芯體的閥片數(shù)及金屬氧化物限壓器兩端的電壓峰值I。其中，所述構(gòu)建金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真裝置的具體步驟包括根據(jù)各單柱芯體中所有閥片在波頭時(shí)間小于IOOns的沖擊電流下得到的電壓與電流比值，采用分段線性化方法，計(jì)算得出限壓器芯體電阻；根據(jù)單柱芯體的數(shù)量以及各單柱芯體中閥片的數(shù)量確定出各單柱芯體的電場分布，從而得到限壓器芯體電容；根據(jù)連接導(dǎo)體的總長度與單位長度導(dǎo)體的高頻等效電感的乘積，基于畢奧一薩伐爾定律計(jì)算出連接導(dǎo)體所處空間的磁場，從而得到限壓器連接電感；根據(jù)金屬氧化物限壓器的安裝方式、通過電磁場數(shù)值方法計(jì)算得出限壓器對地電容，所述金屬氧化物限壓器采用立式或臥式的安裝方式；所述限壓器芯體電阻與限壓器芯體電容并聯(lián)構(gòu)成RC回路模擬限壓器芯體的高頻響應(yīng)特性；所述限壓器連接電感與RC回路串聯(lián)構(gòu)成RLC回路，所述限壓器對地電容與RLC 回路相并聯(lián)，仿真計(jì)算金屬氧化物限壓器對特快速暫態(tài)過電壓回路的抑制特性。其中，所述限壓器芯體電阻為所有單柱芯體電阻并聯(lián)的等效電阻，單柱芯體電阻為該芯體中所有閥片的電阻之和；所述限壓器芯體電容為所有單柱芯體電容之和，單柱芯體電容為該芯體中所有閥片的電容串聯(lián)的等效電容。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)帶來了如下有益效果I)該限壓裝置和方法中的限壓器芯體電阻R(i)考慮了頻率對限壓器閥片殘壓的影響，因限壓器閥片在陡波下的殘壓可能升高20%左右，與限壓器常規(guī)模型采用雷電和操作過電壓下的平均伏安特性不同，直接用閥片的高頻伏安特性模擬VFTO下的限壓器特性， 計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性較高；2)該限壓裝置和方法中采用電容C1和電容C2分別模擬限壓器芯體電容與限壓器對地電容，取代限壓器單個(gè)入口電容的模擬方法，充分考慮了限壓器芯體閥片電容對高頻電壓波形及其幅值的作用，真實(shí)反映了限壓器在VFTO下的動(dòng)作限壓特性。3)該限壓裝置和方法中采用常用元件搭建限壓器的高頻仿真模擬裝置，易于得到各元件參數(shù)，兼容性強(qiáng)，可直接嵌入常用電磁暫態(tài)仿真計(jì)算程序或軟件，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)中安裝限壓器抑制VFTO的作用及適用范圍等進(jìn)行仿真計(jì)算。附圖說明下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進(jìn)一步說明。圖1是本專利技術(shù)金屬氧化物限壓器的VFTO仿真裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是VFTO回路的結(jié)構(gòu)示意圖3是隔離開關(guān)電源側(cè)的電壓波形；圖4隔離開關(guān)操作短母線末端的電壓波形具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例，將詳細(xì)闡述本專利技術(shù)提出的金屬氧化物限壓器的VFTO 仿真裝置及其方法的實(shí)施方式，其中相同或相似的附本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種金屬氧化物限壓器的特快速暫態(tài)過電壓仿真裝置，所述金屬氧化物限壓器包括限壓器殼體以及置于其內(nèi)部的單柱芯體和連接導(dǎo)體，所述連接導(dǎo)體與限壓器外殼高壓端相連，各單柱芯體之間進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)單柱芯體中均設(shè)有相互串聯(lián)的若干閥片，其特征在于：該仿真裝置包括限壓器芯體電阻、限壓器芯體電容、限壓器連接電感和限壓器對地電容，所述限壓器芯體電阻與限壓器芯體電容并聯(lián)構(gòu)成RC回路，所述限壓器連接電感與RC回路串聯(lián)構(gòu)成RLC回路，所述限壓器對地電容與RLC回路相并聯(lián)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李志兵，陳維江，顏湘蓮，王承玉，王浩，賀子鳴，
申請(專利權(quán))人：中國電力科學(xué)研究院，國家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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