CN106324396B - 一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，包括以下步骤：构建金属氧化物避雷器的计算模型；根据金属氧化物避雷器的伏安特性计算线性电阻和非线性电阻的阻值；根据金属氧化物避雷器的高度计算本体电感的电感值；通过替代法计算本体电容的电容值；通过三维场计算得到杂散电容的电容值；通过电流试品的半径和高度以及与试品距离的函数，得到等效电感的电感值。通过将金属氧化物避雷器对地电容分解为杂散电容和电阻片本体电容两部分，并将电阻片本体电容和杂散电容两部分分别等效，能够更好的模拟MOA在VFTO下的电气特性，从而可以计算在VFTO作用下MOA的所有参数。

Description

一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法

技术领域

本发明涉及电力设备检测技术领域，特别是涉及一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法。

背景技术

GIS(Gas-insulated metal-enclosed Switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)自从上世纪六十年代中期问世以来，因其占地面积小、受自然环境影响小、运行安全可靠以及检修和维护周期长等优点得到了迅速的发展，在国内外电力系统中得到了广泛的应用。运行中的GIS会面临各种过电压的威胁，尤其是VFTO(Very Fast Transient Overvoltage，特快速暂态过电压)，VFTO由GIS隔离开关切合空载短母线时产生，其过电压幅值理论上能够接近3.0p.u.，过电压上升时间可快至纳秒量级，对GIS及电力系统的安全运行危害极大，因此，在GIS中对VFTO的防护至关重要。

MOA(Metal Oxide Arrester，金属氧化物避雷器)作为限制电力系统过电压的重要设备，其在VFTO作用下的伏安特性和保护特性受到了极大的关注。因此在数值仿真分析中，计算GIS变电站中VFTO作用下的MOA参数，对研究VFTO电压下设备绝缘配合、避雷器参数的选取有非常重要的影响。现有技术中，对于MOA参数的计算方法主要有：采用非线性电感模型计算的方法、采用IEEE推荐的模型计算的方法以及采用PINCEITI模型计算的方法。

然而，对于采用非线性电感模型计算的方法，其适用范围较小，在电磁暂态仿真计算中的应用较少；对于采用IEEE推荐的模型计算的方法，其在具体的电磁暂态计算中，如何准确的选取模型中的各元件的参数以及如何处理不同配方电阻片的差异性是十分复杂且困难的；对于采用PINCEITI模型计算的方法，其忽略了IEEE推荐的模型中的MOA电阻片等效电容，因此计算结果存在较大偏差。另外，当MOA导通时，还需考虑MOA电阻片的“陡波效应”、MOA电阻片本体电容和杂散电容等参数的影响，因此，需要一种新的方法来计算GIS变电站中VFTO作用下的MOA参数。

发明内容

本发明实施例中提供了一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，以解决现有技术中的金属氧化物避雷器的计算方法不能考虑MOA电阻片本体电容和杂散电容等参数的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，包括以下步骤：构建金属氧化物避雷器的计算模型；根据所述金属氧化物避雷器在特快速暂态过电压中的伏安特性计算线性电阻和非线性电阻的阻值；根据所述金属氧化物避雷器的高度计算本体电感的电感值；通过替代法计算本体电容的电容值；通过三维场计算得到所述金属氧化物避雷器的对地等效电容值，利用所述对地等效电容值与所述本体电感的电感值求差，得到杂散电容的电容值；通过电流试品的半径和高度以及与试品距离的函数，得到等效电感的电感值。

优选地，所述根据金属氧化物避雷器在特快速暂态过电压中的伏安特性计算线性电阻和非线性电阻的阻值，其中所述线性电阻的电阻值为所述伏安特性中的线性值，所述非线性电阻的阻值为所述伏安特性中的非线性值。

优选地，所述通过替代法计算本体电容的电容值，包括：计算所述金属氧化物避雷器电阻片的第一固有电感；通过等尺寸的铝电极作为试品，计算所述铝电极的第二固有电感；根据所述第一固有电感和所述第二固有电感，计算所述金属氧化物避雷器的本体电容的电容值。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，通过将金属氧化物避雷器对地电容分解为杂散电容和电阻片本体电容两部分，并将电阻片本体电容和杂散电容两部分分别等效，能够更好的模拟MOA在VFTO下的电气特性，从而可以计算在VFTO作用下MOA的所有参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算模型的电路原理示意图；

图示说明：

R0-线性电阻，C0-本体电容，R1-非线性电阻，L1-本体电感，CS-杂散电容，LS-等效电感。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算模型的电路原理示意图。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法的流程示意图，包括以下步骤：

步骤S100，构建金属氧化物避雷器的计算模型。本发明实施例提供的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算模型的电路原理示意图如图2所示，包括：线性电阻R0、本体电容C0、非线性电阻R1、本体电感L1、杂散电容CS和等效电感LS。

其中，线性电阻R0和本体电容C0串联连接，并组成第一串联支路，非线性电阻R1和本体电感L1串联连接并组成第二串联支路，第一串联支路和第二串联支路并联连接，组成并联电路。

并联电路与等效电感LS串联连接，并组成第一回路，第一回路与杂散电容CS并联连接，且杂散电容CS的一端电连接至电压输入端、另一端电连接至地端，其中，等效电感LS在第一回路靠近电压输入端的一端。

另外，在第一串联支路中，本体电容C0靠近接地端，在第二串联支路中，非线性电阻R1靠近接地端。

步骤S200，根据金属氧化物避雷器在特快速暂态过电压中的伏安特性计算线性电阻和非线性电阻的阻值。其中线性电阻的电阻值为伏安特性中的线性值，非线性电阻的阻值为伏安特性中的非线性值。在本发明实施例提供用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法中，非线性电阻R1为控制元件，且非线性电阻R1的阻值大小由避雷器电阻片在特快速暂态过电压试验中的伏安特性决定。线性电阻R0为极化电阻，且极化电阻的阻值大小与温度成线性关系，其表示金属氧化物避雷器电阻片在小电流区域的电阻非线性很低。

步骤S300，根据金属氧化物避雷器的高度计算本体电感的电感值。本体电感L1为避雷器电阻片的本体电感，其表征放电电流峰值滞后于残余电压，对于金属氧化物避雷器电阻片，其可取金属氧化物避雷器电阻片的本体电感，采取经验公式的方法进行等值。如假设空气绝缘变电站中单个金属氧化物避雷器电阻片的本体电感为1μH/m，则高度为2cm的单个金属氧化物避雷器电阻片的电感将为20nH。本发明实施例提供的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算模型中，金属氧化物避雷器电阻片采用同轴结构，单个金属氧化物避雷器电阻片的电感为0.1μH/m，则高度为2cm的单个金属氧化物避雷器电阻片电感值为2nH。对于气体绝缘变电站，金属氧化物避雷器的电感值L1可以用0.33μH/m求取。

步骤S400，通过替代法计算本体电容的电容值。本体电容C0为避雷器电阻片的本体电容，其可用替代法进行测量，具体步骤为：在特快速暂态过电压下，分别以金属氧化物避雷器电阻片和等尺寸的铝电极为试品进行试验并采集电流波形进行分析，根据采集到的电流波形分别求出试品为金属氧化物避雷器电阻片时回路的第一固有电感La，试品为同尺寸铝电极时，回路的第二固有电感Lb，可得，ΔL＝Lb-La，由ωΔL＝1/ωΔC，可得ΔC＝1/ω2ΔL，即ΔC＝1/ω2(Lb-La)。

步骤S500，通过三维场计算得到金属氧化物避雷器的对地等效电容值，利用对地等效电容值与本体电感的电感值求差，得到杂散电容的电容值。杂散电容CS为避雷器连接导体与金属罐体、法兰和均压装置的杂散电容。由于金属氧化物避雷器对地等效电容由杂散电容CS和金属氧化物避雷器电阻片本体电容C0构成，因此，通过三维场计算得到金属氧化物避雷器的对地等效电容值，减去上述得到的本体电容C0的值，即可得到本发明实施例提供的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算模型中杂散电容CS的取值。

步骤S600，通过电流试品的半径和高度以及与试品距离的函数，得到等效电感的电感值。等效电感LS为避雷器连接导体等效电感。其取值由电流试品的半径和高度以及与试品距离等多方面因素所决定，如在气体绝缘金属封闭开关设备罐内，避雷器安装连接引线电感通常按0.3μH/m电感取值，而在气体绝缘金属封闭开关设备罐外，则通常按1μH/m电感取值，当需考虑与其他设备空间距离的影响时，如避雷器非常靠近被保护设备(距离小于0.5m)时，则通常按照0.5μH/m电感取值。

值得说明的是，以上所举实例只是本发明提供的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算模型中的一个具体实施例，其具体取值与替代方法等并不仅限于此，凡是应用此模型计算特快速暂态过电压作用下金属氧化物避雷器的相关参数的算法，均应落入本发明的保护范围。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，通过将金属氧化物避雷器对地电容分解为杂散电容和电阻片本体电容两部分，并将电阻片本体电容和杂散电容两部分分别等效，能够更好的模拟MOA在VFTO下的电气特性，从而可以计算在VFTO作用下MOA的所有参数。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建金属氧化物避雷器的计算模型；

根据所述金属氧化物避雷器在特快速暂态过电压中的伏安特性计算线性电阻和非线性电阻的阻值；

根据所述金属氧化物避雷器的高度计算本体电感的电感值；

通过替代法计算本体电容的电容值；所述通过替代法计算本体电容的电容值，包括：

计算所述金属氧化物避雷器电阻片的第一固有电感；

通过等尺寸的铝电极作为试品，计算所述铝电极的第二固有电感；

根据所述第一固有电感和所述第二固有电感，计算所述金属氧化物避雷器的本体电容的电容值；

通过三维场计算得到所述金属氧化物避雷器的对地等效电容值，利用所述对地等效电容值与所述本体电感的电感值求差，得到杂散电容的电容值；

通过电流试品的半径和高度以及与试品距离的函数，得到等效电感的电感值。

2.根据权利要求1所述的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，其特征在于，所述根据所述金属氧化物避雷器在特快速暂态过电压中的伏安特性计算线性电阻和非线性电阻的阻值，其中所述线性电阻的电阻值为所述伏安特性中的线性值，所述非线性电阻的阻值为所述伏安特性中的非线性值。

3.根据权利要求1所述的用于变电站中金属氧化物避雷器的计算方法，其特征在于，所述金属氧化物避雷器的计算模型的电路包括：线性电阻R0、本体电容C0、非线性电阻R1、本体电感L1、杂散电容CS和等效电感LS，其中：

线性电阻R0和本体电容C0串联连接，并组成第一串联支路，非线性电阻R1和本体电感L1串联连接并组成第二串联支路，第一串联支路和第二串联支路并联连接，组成并联电路；

并联电路与等效电感LS串联连接，并组成第一回路，第一回路与杂散电容CS并联连接，且杂散电容CS的一端电连接至电压输入端、另一端电连接至地端，其中，等效电感LS在第一回路靠近电压输入端的一端；

在第一串联支路中，本体电容C0靠近接地端，在第二串联支路中，非线性电阻R1靠近接地端。