[發明專利]一種AIS隔離開關動態重燃弧電阻仿真模型及其建模方法

在審

• 申請號: 202210190062.8
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114626321A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李振華;廖星銳;黃悅華;李振興;鄭雯慧;張磊;賈思琦;張文婷;徐艷春
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06F30/33
• 分類號: G06F30/33
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種AIS隔離開關動態重燃弧電阻仿真模型及其建模方法，該仿真模型包括受控開關、受控電阻、開關控制模塊、弧阻控制模塊、重燃弧模塊、熄弧模塊。受控開關與受控電阻構成串聯支路；開關控制模塊通過一定的邏輯運算產生受控開關的控制信號；弧阻控制模塊通過一定的邏輯運算控制受控電阻的阻值；重燃弧模塊用于判斷當前狀態是否滿足重燃條件，并將重燃信號傳遞給開關控制模塊和弧阻控制模塊；熄弧模塊用于判斷當前狀態是否滿足熄弧條件，并將熄弧信號傳遞給開關控制模塊和弧阻控制模塊。本發明實現了對開關間隙電弧重燃和熄滅現象的模擬，解決了模型無法模擬電弧多次重燃和熄滅現象的問題。

技術領域

本發明涉及電弧電阻模型仿真技術領域，具體涉及一種AIS隔離開關動態重燃弧電阻仿真模型及其建模方法。

背景技術

隔離開關切合容性小電流是一種電力系統中常見的操作方式，在此過程中，開關間隙會發生多次重擊穿和熄弧，形成高幅值、高陡度、高頻率的特快速暫態過電壓(VFTO)和特快速暫態電流(VFTC)。由于實驗條件的限制，導致VFTO及VFTC的現場實測難度較大，所以十分有必要通過仿真計算對VFTO、VFTC展開研究。目前常見的電弧模型中，包含了電弧從起弧到熄滅全過程的模型主要有分段電弧模型和動態電弧模型。

文章《分段電弧模型下VFTO的計算與分析，孟濤、林莘、徐建源；時間：2010.9.26；DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.2010.09.011》將開關操作時弧道電阻的變化過程劃分為了預擊穿階段、燃弧階段和熄弧階段，并在不同階段采取了不同的電阻模型：預擊穿階段，電弧電阻用以τ₁為時間常數的單指數函數近似表示；穩態燃弧階段，電弧電阻被視為定值r₀；熄弧階段，在不考慮恢復電壓影響的情況下采用Mayr模型對電弧電阻的變化進行模擬，電弧電阻以τ₂為時間常數呈指數曲線上升。因此，該模型下電弧從起弧到熄滅全過程中的電阻變化表示為：

式(1)中，R₀為絕緣狀態下的弧前電阻，一般取10¹²Ω；r₀為穩態燃弧狀態下的等效電阻，一般取0.5～5Ω；τ₁、τ₂分別為放電時間常數和絕緣恢復時間常數；R_a0為電流過零時的電弧電阻。該模型將弧阻變化過程分為三個階段的思想具有參考價值，但是預擊穿階段的指數函數并不能很好地體現弧阻快速跌落的特點，且熄弧階段忽略恢復電壓會對仿真計算精度產生影響。

文章《動態電弧模型下特快速瞬態過電壓特性的計算與分析，林莘、王娜、徐建源；時間：2010.6.5；DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2012.16.022》提出的動態電弧模型，在預擊穿階段，采用公式(2)所示的雙曲線函數代替了單指數函數；穩態燃弧階段仍采用定值電阻；熄弧階段考慮到恢復電壓的影響，采用了完整的Mayr模型，并且將電弧散熱功率和絕緣恢復常數定義為與電弧電導相關的冪函數，該階段的弧阻數學模型如式(3)、(4)所示。

式(2)中，z為GIS母線波阻抗；t_σ為擊穿延時；

式(3)、(4)中，g為電弧電導；u_h為弧柱電壓梯度的瞬時值；i_h為電弧電流的瞬時值；τ(g)為絕緣恢復時間常數；P_s(g)為電弧散熱功率；τ、p、α和β均為常數。該模型考慮了擊穿延時和恢復電壓對仿真的影響，更能反映電弧發展的實際物理過程，但模型中參數的定義均是針對GIS的，所以其在AIS中的適用性仍待考量；并且根據式(2)可知，當t趨向0時，弧阻趨于無窮大，而在實際仿真計算中電阻無法取到該數值，因此，難以保證弧阻變化的連續性。