[發(fā)明專利]一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510241108.4
• 申請日: 2015-05-12
• 公開（公告）號: CN104866658A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳潔;郭潔;戴敏;喬兵兵;王磊;李振強(qiáng);李可倫;矯立新
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);中國電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)GIS電站過電壓防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)GIS(Gas-insulated?Metal-enclosed?Switchgear)中隔離開關(guān)操作會引起頻率約為1MHz到100MHz、峰值最大可達(dá)2.5p.u.的特快速瞬態(tài)過電壓(Very?Fast?transient?Over-voltage,VFTO)。高幅值、陡波前的VFTO會威脅GIS內(nèi)部設(shè)備及變壓器等設(shè)備的絕緣。作為過電壓的主要保護(hù)設(shè)備，金屬氧化物避雷器(Metal?Oxide?Arrester,MOA)在特快波前瞬態(tài)電壓(VFTO)作用下的伏安特性和保護(hù)特性受到極大關(guān)注，它對VFTO電壓下設(shè)備絕緣配合、避雷器參數(shù)選取以及數(shù)值仿真分析中的MOA模型均有重大影響。

近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對陡波下MOA的伏安特性及電氣模型做了大量的研究。BBC公司搭建了特快波前方波回路，研究了金屬氧化物電阻片(Metal?Oxide?Varistors,MOV)形狀對于伏安特性的影響；P.Valsalal對特快波前下MOV殘壓和放電電流時差和響應(yīng)特性進(jìn)行了研究。

基于試驗(yàn)結(jié)果，國內(nèi)外專家學(xué)者綜合了一定條件下MOV的伏安特性，提出了陡波下MOV的伏安特性模型，限于試驗(yàn)條件，模型適用范圍主要集中在一定配方工藝制作的MOV，且電流波頭時間在0.5μs～45μs的范圍。IEC標(biāo)準(zhǔn)中提出了陡波作用下的一種非線性電阻的建議模型，將避雷器在標(biāo)準(zhǔn)雷電波下伏安特性的殘壓上浮5％～10％進(jìn)行等值；IEEE第3.4.11工作組依據(jù)多方研究成果并對數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的提取和歸納，提出了廣泛適用于電流波頭時間在0.5μs～45μs時的MOV模型，稱為IEEE推薦的模型；意大利學(xué)者PINCEITI對該模型中參數(shù)的確定方法及MOV的等值電容進(jìn)行了簡化，提出了PINCEITI模型；ABB公司(前BBC公司)結(jié)合MOV微觀結(jié)構(gòu)中ZnO晶粒和晶界的導(dǎo)電過程提出了一個特快波前作用下MOV等值計(jì)算模型，但未給出模型中參數(shù)的具體確定方法，無法得到具體實(shí)用。

綜上，對于MOV在陡波沖擊下的模型基本適用于電流波頭時間在0.5μs～45μs內(nèi)。由于MOV微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使其對外呈現(xiàn)的伏安特性受電阻片配方、工藝、作用電壓幅值、波形、能量、溫度等多因素影響，相應(yīng)機(jī)理涉及物理、化學(xué)等多學(xué)科理論。且VFTO沖擊電流波頭時間在數(shù)十納秒甚至數(shù)納秒內(nèi)，截至目前，基于我國MOV配方工藝的MOA在特快波前瞬態(tài)電壓下的伏安特性、響應(yīng)特性、阻抗特性等的研究還不完善，還無法提出在VFTO特快速瞬態(tài)沖擊下，適合我國MOV特性的等值計(jì)算模型。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于針對目前對VFTO下MOV特性研究的不足，提供了一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，為GIS變電站VFTO下計(jì)算防護(hù)提供仿真計(jì)算參考模型。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，包括線性電感、非線性電阻、線性電阻和線性電容；其中，線性電感和非線性電阻組成第一串聯(lián)支路，線性電阻和線性電容組成第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第二串聯(lián)支路組成并聯(lián)支路，且并聯(lián)支路的一端為低壓端，另一端為高壓端。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：并聯(lián)支路中非線性電阻和線性電容的連接點(diǎn)為低壓端，線性電感和線性電阻的連接點(diǎn)為高壓端。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：線性電感表征放電電流峰值滯后于殘余電壓，對于緊湊型MOV試驗(yàn)裝置，線性電感是MOV的本體電感。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：非線性電阻為控制元件，表征在VFTO作用下MOV的V-I特性，為試驗(yàn)獲得的VFTO下MOV的伏安特性。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：線性電容描述放電電流峰值超前殘余電壓，是MOV的本體電容。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：線性電阻為極化電阻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的阻抗轉(zhuǎn)折電壓和放電電流而求取。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，突破了VFTO作用下無有效可用的金屬氧化物避雷器電阻片等值計(jì)算模型的局限，給出了VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，并提供了模型中各個參數(shù)的具體確定方法，適用范圍廣泛，為GIS變電站VFTO下計(jì)算防護(hù)提供仿真計(jì)算參考模型。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型的電路原理圖；