一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種特高壓輸電領(lǐng)域，具體的是一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài) 過(guò)電壓仿真計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)超特高壓線路的不斷投入運(yùn)行，相應(yīng)的電力系統(tǒng)出現(xiàn)的過(guò)電壓也在 不斷提高，為了維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與可靠性，對(duì)特高壓系統(tǒng)的絕緣設(shè)計(jì)提出了更高 的要求。氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS)具有占地面積小，密封性好，受環(huán)境影響小，運(yùn)行可靠性 高，檢修周期長(zhǎng)，維護(hù)工作量少，運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛使用，隨著運(yùn)行電壓和氣 體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備GIS內(nèi)氣壓的提高，因隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)和斷路器的操作而引起的快速 暫態(tài)過(guò)程（VFT)將會(huì)更加明顯和嚴(yán)重，并可能對(duì)系統(tǒng)引起若干不良影響，尤其是隔離開(kāi)關(guān) 切合空載母線時(shí)，因其操作的概率和頻數(shù)比較大，造成VFT現(xiàn)象不可避免，越來(lái)越引起世人 的關(guān)注。氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS)的隔離開(kāi)關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生波前很陡、振蕩頻率及幅值也很 高的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓（VFTO)。隨著設(shè)備額定電壓的提高，VFTO的危害性增大。國(guó)內(nèi)外 均發(fā)生過(guò)特高壓GIS的VFTO損壞GIS設(shè)備自身絕緣、變壓器絕緣以及二次設(shè)備的事故。因 而深入研宄特高壓GIS中VFTO的特性顯得尤為重要，VFTO計(jì)算過(guò)程中，GIS等效模型的建 立及參數(shù)的選取直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度。由于GIS內(nèi)部元件多樣化，若將建立各元 件模型和選取參數(shù)過(guò)程中的誤差歸結(jié)起來(lái)，會(huì)使VFTO計(jì)算結(jié)果存在很大偏差，所得數(shù)據(jù)對(duì) GIS設(shè)備的研發(fā)、制造和運(yùn)行是毫無(wú)意義的。因此，如何對(duì)各元件進(jìn)行恰當(dāng)合理的近似等效 又能使計(jì)算結(jié)果足夠精確是數(shù)值計(jì)算的關(guān)鍵。隨著額定電壓等級(jí)的提高，設(shè)備結(jié)構(gòu)往往更 加復(fù)雜，不同的GIS結(jié)構(gòu)，元件的參數(shù)值是不同的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過(guò)對(duì)GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及VFTO的分析及電弧仿真 模型的計(jì)算來(lái)抑制特快速瞬態(tài)過(guò)電壓，GIS可以按照使用條件、主接線方式、電壓等級(jí)、GIS 殼體的型式及斷路器布置型式等進(jìn)行分類(lèi)。按外型結(jié)構(gòu)分：圓筒形，柜形（C-GIS)。按絕緣 介質(zhì)分：全封閉型（F-GIS)，部分氣體絕緣型（Η-GIS)。按照使用條件不同，GIS分為戶內(nèi)型 和戶外型。按斷路器布置型式不同，GIS可分為三箱型及分箱型。
[0004] 因此，需要從GIS本體結(jié)構(gòu)出發(fā)建立符合各自特點(diǎn)的等效模型。所以，首先針對(duì)實(shí) 際GIS中隔離開(kāi)關(guān)分合母線充電電流電路，確定GIS中各組件的動(dòng)態(tài)電路模型和數(shù)值模擬 的等值電路。完整的GIS系統(tǒng)包括GIS本體構(gòu)件（如母線管道、彎頭、隔離開(kāi)關(guān)（DS)、斷路 器（CB)、接地開(kāi)關(guān)（ES)、電流互感器（TA)、電壓互感器（TV)和引出線套管等）及其與架空 線間的聯(lián)接設(shè)備（如變壓器和ZnO避雷器（MOA)等）。
[0005] 先用低壓行波測(cè)出GIS系統(tǒng)基本構(gòu)件的單位階躍響應(yīng)，再根據(jù)構(gòu)件的幾何形狀給 出構(gòu)件的定性電路模型。則按照模型與構(gòu)件的單位階躍響應(yīng)相吻合的原則，即可確定構(gòu)件 電路模型的具體參數(shù)。
[0006] GIS設(shè)備中VFTO包括外部和內(nèi)部?jī)煞N。內(nèi)部VFTO指由GIS設(shè)備內(nèi)部的暫態(tài)現(xiàn)象 導(dǎo)致的過(guò)電壓，其作用在GIS設(shè)備的外殼與內(nèi)部導(dǎo)體之間，威脅GIS設(shè)備內(nèi)部的器件。外部 VFTO由GIS設(shè)備內(nèi)部的VFTO傳遞到GIS設(shè)備外部產(chǎn)生的。它會(huì)對(duì)GIS外部的一次設(shè)備產(chǎn) 生威脅，導(dǎo)致GIS設(shè)備的殼體電位上升，且有可能形成電磁波往外輻射，威脅到二次設(shè)備。 因?yàn)镚IS設(shè)備內(nèi)部和外部的布局分配以及阻尼效應(yīng)(如集膚效應(yīng)、傳輸損失)是不一樣的，陡 波在內(nèi)部和外部的反射、折射也不相同，因此內(nèi)部和外部暫態(tài)過(guò)程生成的波形也不同。
[0007] (I)GIS 內(nèi)部 VFTO GIS設(shè)備內(nèi)部VFTO的振蕩頻和母線的電氣長(zhǎng)度有關(guān)。內(nèi)部暫態(tài)過(guò)程的VFTO主要包括 三種頻率： a、基本振蕩頻率。由包括GIS設(shè)備和鄰近設(shè)備的整個(gè)電氣系統(tǒng)決定的。
[0008] b、特快速暫態(tài)過(guò)程頻率。由行波在GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)展并且疊加給基本振蕩形成 的。
[0009] c、特高頻振蕩過(guò)程頻率。由GIS設(shè)備內(nèi)部器件之間的波經(jīng)過(guò)反射再疊加到原始波 上形成的。其幅值也較低。
[0010] (2) GIS外部過(guò)電壓 外部VFTO引起的暫態(tài)現(xiàn)象包括： (1) 外殼瞬態(tài)電壓 (2) 瞬態(tài)電磁場(chǎng) (3) 架空線路以及相鄰設(shè)備中的瞬態(tài)過(guò)電壓 VFTO電弧的仿真計(jì)筧討稈如下 電弧電導(dǎo)方程為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，其特征在于，氣體絕緣 開(kāi)關(guān)設(shè)備包括： 按照外型結(jié)構(gòu)分：圓筒形氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備，柜形氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（C-GIS); 按絕緣介質(zhì)分：全封閉型氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（F-GIS)，部分氣體絕緣型氣體絕緣開(kāi)關(guān) 設(shè)備（H-GIS); 按照使用條件不同，GIS分為戶內(nèi)型氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備和戶外型氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備； 按斷路器布置型式不同，GIS分為三箱型氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備及分箱型氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè) 備。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，其 特征在于，氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備本體包括母線管道、彎頭、隔離開(kāi)關(guān)0S)、斷路器（CB)、接地 開(kāi)關(guān)（ES)、電流互感器（TA)、電壓互感器（TV)、引出線套管。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，其 特征在于，GIS設(shè)備中VFTO包括外部和內(nèi)部?jī)煞N， (1) GIS內(nèi)部VFTO 內(nèi)部暫態(tài)過(guò)程的VFTO包括三種頻率： a、 基本振蕩頻率，由包括GIS設(shè)備和鄰近設(shè)備的整個(gè)電氣系統(tǒng)決定； b、 特快速暫態(tài)過(guò)程頻率，由行波在GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)展并且疊加給基本振蕩形成； c、 特高頻振蕩過(guò)程頻率，由GIS設(shè)備內(nèi)部器件之間的波經(jīng)過(guò)反射再疊加到原始波上形 成； (2)GIS外部過(guò)電壓 外部VFTO引起的暫態(tài)現(xiàn)象包括： a、 外殼瞬態(tài)電壓 b、 瞬態(tài)電磁場(chǎng) c、 架空線路以及相鄰設(shè)備中的瞬態(tài)過(guò)電壓。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，其 特征在于，VFTO電弧的仿真計(jì)算方法為： 電弧電導(dǎo)方程為：
式中g(shù)為電弧電導(dǎo)，i為電弧電流，P(g)為電弧散熱功率，itg)為電弧時(shí)問(wèn)常數(shù)。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，其 特征在于，電弧散熱功率P(g)及時(shí)間常數(shù)Itg)的大小與溫度、斷路器類(lèi)型有關(guān)，它們被定 義為
在一定小時(shí)間間隔iy內(nèi)，電弧散熱功率p(g)及時(shí)間常數(shù)均視為常數(shù)，此時(shí)求得一 階微分方程：
6. 如權(quán)利要求5所述的一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，其 特征在于，采用微機(jī)五防設(shè)計(jì)來(lái)防止氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的誤操作，微機(jī)五防閉鎖通過(guò)在一 次設(shè)備上安裝五防編碼鎖給設(shè)備編碼，然后通過(guò)五防主機(jī)的閉鎖邏輯軟件，按照電力系統(tǒng) 對(duì)倒閘操作的"五防"要求和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，生成正確的五防操作票并打印出 來(lái)，并通過(guò)通訊設(shè)備把操作信息傳送給監(jiān)控機(jī)和電腦鑰匙進(jìn)行五防操作，由防誤計(jì)算機(jī)、防 誤閉鎖軟件系統(tǒng)、電腦鑰匙、鎖具、解鎖鑰匙和模擬屏組成，通過(guò)操作票專(zhuān)家系統(tǒng)的智能處 理，對(duì)倒閘操作進(jìn)行規(guī)范，有效防止誤操作。
【專(zhuān)利摘要】一種氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過(guò)電壓仿真計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及VFTO的分析及電弧仿真模型的計(jì)算來(lái)抑制特快速瞬態(tài)過(guò)電壓，并通過(guò)GIS結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)防止誤操作，從而保證特高壓輸電的穩(wěn)定性與安全性。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104699920
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510143220
【發(fā)明人】馬新攀
【申請(qǐng)人】河南行知專(zhuān)利服務(wù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日