[發明專利]特高壓線路潛供電弧電氣特征與弧柱形態模擬系統及方法

在審

• 申請號: 201710266522.X
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107024644A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 劉洪順;李潤昌;李慶民;孫秋芹;叢浩熹;婁杰;趙彤;李清泉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種特高壓線路潛供電弧電氣特征與弧柱形態模擬系統及方法。

背景技術

據統計，超、特高壓電力系統中超過90％的故障是單相接地故障。當單相接地故障發生時，保護動作斷開故障相后，非故障相將通過靜電耦合及電磁耦合向故障點繼續供電，產生潛供電流，形成的接地弧光稱為潛供電弧。當單相接地故障發生后，單相自動重合閘(single-pole autoreclosure,SPAR)被認為是恢復供電，保證電力系統穩定性的一種有效手段，而潛供電弧及時熄滅有利于單相自動重合閘的成功。超、特高壓輸電線路電壓等級高、傳輸容量大，導線間靜電感應和電磁耦合效應突出，潛供電弧熄滅特性的研究是進一步優化特高壓輸電線路潛供電弧抑制措施與確保單相自動重合閘成功的關鍵。

近幾十年，國內外學者針對超高壓、特高壓線路潛供電弧產生機理、影響因素及抑制措施等展開了大量研究，初步明晰了潛供電弧的物理特性及與燃弧時間相關影響因素。不少專家學者利用不同仿真手段來研究潛供電弧自滅時間、電弧運動特性，然而對于開放環境中的潛供電弧，其自熄時間受自然條件與電弧內在因素影響，電弧模擬仿真并不能完全用替代實驗。同時對于超高壓、特高壓線路，線路實驗在方案、次數等條件上具有很大的局限性，因此模擬實驗是目前研究潛供電弧最合適的選擇。

在潛供電弧實驗波形與電弧運動特性研究方面，現有文獻在潛供電弧運動特性、熄滅和重燃機理以及潛供電弧與周圍環境能量交換機制等問題上的分析尚待深化，亟需在潛供電弧電壓和電流的電氣特征與弧柱形態等方面進一步開展研究。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種特高壓線路潛供電弧電氣特征與弧柱形態模擬系統及方法，本發明通過構建模擬實驗回路，對式樣采集的數據進行電氣特征分析和潛供電弧弧柱形態分析，為潛供電弧電壓和電流的電氣特征與弧柱形態等方面進一步開展研究提供了手段。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種特高壓線路潛供電弧電氣特征與弧柱形態模擬系統，包括電源電壓、總開關、第一支路、第二支路、特高壓線路模塊和采集系統，通過總開關控制電源電壓是否向特高壓線路模塊提供電源，所述第一支路串聯至總開關與特高壓線路模塊之間，所述第二支路與第一支路并聯；

用于模擬特高壓線路電感型短路電流產生的第一支路包括串聯的第一分支開關和第一電感，用于模擬特高壓線路無補償情況下潛供電弧的第二支路包括串聯的第二分支開關和電容；

所述特高壓線路模塊包括絕緣子串，所述絕緣子串兩端設置有引弧線；

所述采集系統采集特高壓線路模塊不同情況下的電流和電壓。

進一步的，所述電容并聯有第二電感，所述第二電感用于模擬特高壓線路存在高壓并聯電抗器，其中性點直接接地或者經小電抗接地，只在補償情況下投入使用。

當僅第一支路導通時，用于模擬特高壓線路電感型短路電流的產生，引弧電流大小在設定等級。

當僅第二支路導通時，用于模擬特高壓線路無補償情況下潛供電弧，采集電弧的電壓和電流。

進一步的，電弧的電壓、電流測量分別由分壓器和電流互感器獲取。

進一步的，電弧熄滅后，在絕緣子串兩端形成一定電壓，即弧道恢復電壓，通過調節第一電感、電容與絕緣子串長度以獲得不同的短路電流、潛供電流和起弧電壓梯度大小。

進一步的，所述采集系統還包括示波器和攝像機，采集電流和電壓波形以及電弧灰度圖像。

進一步的，所述第一電感的阻抗值和引弧線的直徑，與短路電弧的電流級別相適配。

基于上述系統的模擬方法，具體包括：

依次導通第一支路和第二支路，分別模擬不同潛供電流單相接地故障時的不同長度的特高壓線路電感型短路電流的產生和模擬特高壓線路無補償情況下潛供電弧，采集電弧的電壓、電流波形和電弧灰度圖像，根據采集的數據，進行潛供電弧暫態過程變化規律、潛供電弧放電功率與能量和潛供電弧弧柱形態分析。

利用電流互感器進行潛供電流的檢測，潛供電流為雙向脈沖，當完成氣隙擊穿并產生潛供電弧時，電流波形將產生一次單向脈沖；當交流電壓過零點時，存儲于電容中的電荷釋放進行反向放電，同時產生反方向電流脈沖，由此實現潛供電流雙向脈沖。

對拍攝的電弧灰度圖像進行二值掩模圖像處理，使潛供電弧弧道內亮度強的像素值保持不變，而使弧道外背景的像素RGB值為0，輸出處理后電弧的二值圖像，進而提取潛供電弧形態并分析其燃弧過程，對處理后的二值圖像利用形心計算函數進行潛供電弧及其形心的計算并標記。