[發明專利]一種氧化鋅避雷器的仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202111375473.6
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN114201894A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 李鵬飛;張皓;段玉兵;姚金霞;馬國慶;劉均鵬;馬聰;王興帥;師偉;秦佳峰;黃振寧;胡曉黎;劉萌;劉輝;周超;張洋
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;H01C7/112;H01C7/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本發明提供了一種氧化鋅避雷器的仿真方法及系統，獲取氧化鋅避雷器的參量數據；根據獲取的參量數據構建氧化鋅避雷器的二維幾何模型；對二維幾何模型各部分的材料特性參量進行賦值；根據賦值后的二維幾何模型得到二維電磁仿真模型，根據二維電磁仿真模型對氧化鋅避雷器進行仿真模擬；本發明可以對避雷器時域范圍內電磁特性進行仿真求解，解決了現有建模方法不能對避雷器瞬時電磁特性進行分析計算的問題，提高了氧化鋅避雷器的仿真效果。

技術領域

本發明涉及氧化鋅避雷器技術領域，特別涉及一種氧化鋅避雷器的仿真方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

氧化鋅避雷器是電網中不可或缺的過電壓防護設備，可以用于限制雷擊過電壓對電力設備的沖擊，維持電力設備的穩定可靠運行。處于系統額定電壓下時，避雷器對外表現出高阻抗，泄漏電流很小，當處于雷電沖擊電壓下時，避雷器電導率迅速增大，流過雷電電流，保護電力設備不受損壞。氧化鋅避雷器由于非線性特性好、保護能力強、通流容量大，被廣泛投入到各個電站中使用。

盡管避雷器氧化鋅材料生產工藝在不斷提高，但在長期工頻電壓作用下，受過電壓及受潮因素影響，避雷器閥片逐漸老化，導致泄漏電流增加，并不斷產生熱量，最終引發避雷器擊穿故障導致電纜線路跳閘。近年來，氧化鋅避雷器事故率呈現逐年上升的趨勢。其中，受潮事故數量占氧化鋅避雷器總事故數量的六成以上。如果氧化鋅避雷器的運行狀態發生了某種程度上的變化，會在其泄漏電流的數值上反映出來。為了減少和避免事故的發生，維持系統正常工作，研究氧化鋅避雷器的劣化過程，開展避雷器泄漏電流特性研究分析十分必要，具有十分重要的意義。

發明人發現，目前已有的避雷器有限元建模方法主要開展避雷器的穩態電位分布計算，不能直接對避雷器得泄漏電流進行計算。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種氧化鋅避雷器的仿真方法及系統，解決了現有建模方法不能對避雷器瞬時電磁特性進行分析計算的問題，提高了氧化鋅避雷器的仿真效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明第一方面提供了一種氧化鋅避雷器的仿真方法。

一種氧化鋅避雷器的仿真方法，包括以下過程：

獲取氧化鋅避雷器的參量數據；

根據獲取的參量數據構建氧化鋅避雷器的二維幾何模型；

對二維幾何模型各部分的材料特性參量進行賦值；

根據賦值后的二維幾何模型得到二維電磁仿真模型，根據二維電磁仿真模型對氧化鋅避雷器進行仿真模擬。

進一步的，所述幾何模型包括空氣域和避雷器域，避雷器域包括三部分，分別是避雷器閥片、接線端子與避雷器復合絕緣外套；

空氣域為半圓形，避雷器閥片與接線端子為矩形，避雷器復合絕緣外套由矩形與若干二分之一橢圓組合構成。

進一步的，根據施加在二維電磁仿真模型的接線端子兩端的預設幅值和頻率的正弦交流電壓，對阻性泄漏電流進行求解。

進一步的，對二維幾何模型各部分的材料特性參量進行賦值，包括：

確定幾何模型中空氣域和避雷器域的電導率、磁導率及介電常數。

更進一步的，避雷器閥片的電導率通過試驗獲得，通過設置各避雷器閥片電導率進行不同的避雷器故障狀態模擬。

進一步的，二維電磁仿真模型的控制方程為：

其中，為旋度符號，ρ為電阻率，為電流密度矢量，t為時間，μ為磁導率，E為電場強度的模值，ρ(E)表示電阻率ρ為電場強度E的函數。