[發明專利]ZnO閥片直流伏安特性新型擬合方法

在審

• 申請號: 202110344429.2
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113075523A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 孫利雄;楊漢松;杜林;楊榮燁;秦錕;朱玨佩;張際明;謝煜東
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司保山供電局;重慶大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種ZnO閥片直流伏安特性新型擬合方法，屬于電網運行安全領域，包括以下步驟：S1：測量樣品的伏安特性曲線，盡可能增加測量點以減小誤差；S2：計算等效電阻R_i，并將電阻R_i和電流I_i同時做對數處理；S3：求取lgI?lgR的二次多項式擬合函數；S4：轉換為改進伏安特性擬合函數。本發明的成功實施，能夠對于ZnO閥片的直流伏安特性進行更好的擬合，更精準的展現其老化特性，具體體現在以下幾個方面：(1)能基本滿足擬合效果且計算復雜度較低的擬合方法對進行基于直流伏安特性曲線的避雷器狀態評價有重要意義。(2)降低測量成本，節省時間。運用更加精確的直流伏安特性曲線的擬合，能夠提升避雷器實驗的效率。

技術領域

本發明屬于電網運行安全領域，涉及一種ZnO閥片直流伏安特性新型擬合方法。

背景技術

避雷器是一類與被保護絕緣并聯的限制過電壓幅值的保護裝置，在現今電網等級越來越高的大背景下，其地位愈加重要。而金屬氧化物避雷器(MOA)由于其優異的非線性特性和大電流下的良好的通流能力目前被大量應用在電網中。然而由于其沒有串聯間隙，MOA內部的ZnO閥片在正常工作時會長期承受工作電流，其承受的電壓能量會使得閥片內部的肖特基勢壘降低，從而增大泄漏電流，在宏觀表面上會表現為伏安特性曲線的畸變，也即避雷器的電老化。MOA老化后泄漏電流增加，致使有功功率增加，其老化速度會不斷加快，在該過程中不僅會對鄰近設備失去保護作用，嚴重時更會產發生爆炸，從而威脅電力系統的正常安全運行，因此對MOA老化狀態進行有效評估對于電網的安全運行尤為重要，其能幫助工作人員及時發現故障缺陷征兆并提前采取相應措施。

MOA內部的閥片主要是ZnO壓敏電阻，是一種電介質陶瓷，以ZnO為主要材料，同時添加Bi2O3、Co2O3、Sb2O3、Cr2O3、MnO2等多種化合物，經特殊的陶瓷工藝燒結而成。在微觀結構中，氧化鋅壓敏電阻由ZnO晶粒和圍繞ZnO晶粒周圍的晶界層組成。晶界層是在燒制過程中向純ZnO晶體加入添加劑后形成的。有關研究表明，這些包圍ZnO晶粒的晶界層正是ZnO閥片具有優良非線性伏安特性的重要原因，亦即晶界層是宏觀非線性伏安特性的起源。

國內外關于ZnO閥片老化的研究一直在推進，目前常用的方法通過MOA的直流伏安特性曲線形狀畸變評估其老化程度。在整個電壓范圍內，直流伏安特性曲線主要分為三個區。在預擊穿區，電流與電壓基本成線性，電壓主要加在呈現高阻態的晶界層上，此時泄漏電流十分小；在擊穿區，由于外加電場的增加，帶電粒子獲得更大的能量，由于隧道效應，電子直接越過肖特基勢壘，造成泄漏電流的大量上升。在這個區間內，盡管電壓范圍很小，電流的變化范圍可以在幾個數量級以上，在最后回升區，肖特基勢壘已經不起主要作用，電壓主要加在ZnO晶粒上，由于ZnO晶粒呈線性，在此區間的電壓電流關系符合歐姆定律。利用直流伏安特性曲線進行評價主要有兩種思路，其一為將測量的伏安特性曲線(或某幾個點)與參考伏安特性曲線(或所測點參考值)進行對比，判斷避雷器優劣。國標GB11032-2010中包含的諸如直流參考電壓和0.75倍U_1mA下泄漏電流等參數均為該思路的延伸，然而因為在伏安特性曲線上取的點數較少，其攜帶的非線性特性信息不足，造成了評估的片面性；另一種思路是對直流伏安特性曲線進行擬合，通過研究擬合函數中參數的變化來判斷非線性特性的變化。現行對伏安特性曲線一般有分段線性擬合，單指數擬合，多指數擬合以及線性非線性混合模型進行擬合，并最終完成模型的參數辨識。

目前國內外研究人員對ZnO閥片特殊的微觀結構及老化所造成的微觀結構改變過程做了相當研究，提出了主要包括離子遷移、載流子陷阱、偶極子極化、氧氣和化學反應等老化機理。

其中單指數擬合主要依靠以往給出的經驗公式為模型進行擬合：

U＝A·I^α