[發明專利]金屬氧化物限壓器的特快速暫態過電壓仿真裝置及其方法

有效

• 申請號: 201210422003.5
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102998556A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 李志兵;陳維江;顏湘蓮;王承玉;王浩;賀子鳴
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種金屬氧化物限壓器的特快速暫態過電壓仿真裝置，所述金屬氧化物限壓器包括限壓器殼體以及置于其內部的單柱芯體和連接導體，所述連接導體與限壓器外殼高壓端相連，各單柱芯體之間進行并聯，每個單柱芯體中均設有相互串聯的若干閥片，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構成RC回路，所述限壓器連接電感與RC回路串聯構成RLC回路，所述限壓器對地電容與RLC回路相并聯。

2.根據權利要求1所述的仿真裝置，其特征在于：

所述限壓器芯體電阻是根據各單體芯體中所有閥片在波頭時間小于100ns的沖擊電流下得到的電壓與電流的比值進行確定；所述限壓器芯體電阻為所有單柱芯體電阻并聯的等效電阻，單柱芯體電阻為該芯體中所有閥片的電阻之和。

3.根據權利要求2所述的仿真裝置，其特征在于：

所述沖擊電流的幅值范圍為500A~30kA。

4.根據權利要求1所述的仿真裝置，其特征在于，

根據單柱芯體的數量以及各單柱芯體中閥片的數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的等效電容。

5.根據權利要求1所述的仿真裝置，其特征在于：

所述限壓器連接電感為連接導體總長度與單位長度導體的高頻等效電感的乘積。

6.根據權利要求1所述的仿真裝置，其特征在于：

所述限壓器對地電容是根據金屬氧化物限壓器的安裝方式、通過電磁場數值方法計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。

7.一種金屬氧化物限壓器的特快速暫態過電壓仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）設置金屬氧化物限壓器的持續運行電壓U_c，并計算時間步長Δt；

2）計算特快速暫態過電壓回路中金屬氧化物限壓器安裝位置的特快速暫態過電壓峰值U₀；

3）設置金屬氧化物限壓器內各單柱芯體的閥片數；

4）構建金屬氧化物限壓器的特快速暫態過電壓仿真裝置，并將其接入特快速暫態過電壓回路中，采用四階龍格庫塔法，仿真計算限壓器兩端的電壓峰值U_r和電流峰值I_A；

5）判斷是否滿足下述條件：

I_A≥0且U_c≤U_r≤U₀；

若滿足，則進行步驟6）；否則，跳轉至步驟3）；

6）輸出金屬氧化物限壓器內各單柱芯體的閥片數及金屬氧化物限壓器兩端的電壓峰值U_r。

8.如權利要求7所述的仿真方法，其特征在于，所述構建金屬氧化物限壓器的特快速暫態過電壓仿真裝置的具體步驟包括：

根據各單柱芯體中所有閥片在波頭時間小于100ns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，計算得出限壓器芯體電阻；

根據單柱芯體的數量以及各單柱芯體中閥片的數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；

根據連接導體的總長度與單位長度導體的高頻等效電感的乘積，基于畢奧－薩伐爾定律計算出連接導體所處空間的磁場，從而得到限壓器連接電感；

根據金屬氧化物限壓器的安裝方式、通過電磁場數值方法計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構成RC回路模擬限壓器芯體的高頻響應特性；所述限壓器連接電感與RC回路串聯構成RLC回路，所述限壓器對地電容與RLC回路相并聯，仿真計算金屬氧化物限壓器對特快速暫態過電壓回路的抑制特性。

9.如權利要求8所述的仿真方法，其特征在于：

所述限壓器芯體電阻為所有單柱芯體電阻并聯的等效電阻，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的等效電容。