本發(fā)明涉及電力設(shè)備檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法。

背景技術(shù)：

GIS(Gas-insulated metal-enclosed Switchgear，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備)自從上世紀(jì)六十年代中期問世以來，因其占地面積小、受自然環(huán)境影響小、運(yùn)行安全可靠以及檢修和維護(hù)周期長等優(yōu)點(diǎn)得到了迅速的發(fā)展，在國內(nèi)外電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)行中的GIS會面臨各種過電壓的威脅，尤其是VFTO(Very Fast Transient Overvoltage，特快速暫態(tài)過電壓)，VFTO由GIS隔離開關(guān)切合空載短母線時產(chǎn)生，其過電壓幅值理論上能夠接近3.0p.u.，過電壓上升時間可快至納秒量級，對GIS及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行危害極大，因此，在GIS中對VFTO的防護(hù)至關(guān)重要。

MOA(Metal Oxide Arrester，金屬氧化物避雷器)作為限制電力系統(tǒng)過電壓的重要設(shè)備，其在VFTO作用下的伏安特性和保護(hù)特性受到了極大的關(guān)注。因此在數(shù)值仿真分析中，計算GIS變電站中VFTO作用下的MOA參數(shù)，對研究VFTO電壓下設(shè)備絕緣配合、避雷器參數(shù)的選取有非常重要的影響?，F(xiàn)有技術(shù)中，對于MOA參數(shù)的計算方法主要有：采用非線性電感模型計算的方法、采用IEEE推薦的模型計算的方法以及采用PINCEITI模型計算的方法。

然而，對于采用非線性電感模型計算的方法，其適用范圍較小，在電磁暫態(tài)仿真計算中的應(yīng)用較少；對于采用IEEE推薦的模型計算的方法，其在具體的電磁暫態(tài)計算中，如何準(zhǔn)確的選取模型中的各元件的參數(shù)以及如何處理不同配方電阻片的差異性是十分復(fù)雜且困難的；對于采用PINCEITI模型計算的方法，其忽略了IEEE推薦的模型中的MOA電阻片等效電容，因此計算結(jié)果存在較大偏差。另外，當(dāng)MOA導(dǎo)通時，還需考慮MOA電阻片的“陡波效應(yīng)”、MOA電阻片本體電容和雜散電容等參數(shù)的影響，因此，需要一種新的方法來計算GIS變電站中VFTO作用下的MOA參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的金屬氧化物避雷器的計算方法不能考慮MOA電阻片本體電容和雜散電容等參數(shù)的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法，包括以下步驟：構(gòu)建金屬氧化物避雷器的計算模型；根據(jù)所述金屬氧化物避雷器在特快速暫態(tài)過電壓中的伏安特性計算線性電阻和非線性電阻的阻值；根據(jù)所述金屬氧化物避雷器的高度計算本體電感的電感值；通過替代法計算本體電容的電容值；通過三維場計算得到所述金屬氧化物避雷器的對地等效電容值，利用所述對地等效電容值與所述本體電感的電感值求差，得到雜散電容的電容值；通過電流試品的半徑和高度以及與試品距離的函數(shù)，得到等效電感的電感值。

優(yōu)選地，所述根據(jù)金屬氧化物避雷器在特快速暫態(tài)過電壓中的伏安特性計算線性電阻和非線性電阻的阻值，其中所述線性電阻的電阻值為所述伏安特性中的線性值，所述非線性電阻的阻值為所述伏安特性中的非線性值。

優(yōu)選地，所述通過替代法計算本體電容的電容值，包括：計算所述金屬氧化物避雷器電阻片的第一固有電感；通過等尺寸的鋁電極作為試品，計算所述鋁電極的第二固有電感；根據(jù)所述第一固有電感和所述第二固有電感，計算所述金屬氧化物避雷器的本體電容的電容值。

由以上技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法，通過將金屬氧化物避雷器對地電容分解為雜散電容和電阻片本體電容兩部分，并將電阻片本體電容和雜散電容兩部分分別等效，能夠更好的模擬MOA在VFTO下的電氣特性，從而可以計算在VFTO作用下MOA的所有參數(shù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算模型的電路原理示意圖；

圖示說明：

R0-線性電阻，C0-本體電容，R1-非線性電阻，L1-本體電感，CS-雜散電容，LS-等效電感。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1和圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算模型的電路原理示意圖。

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法的流程示意圖，包括以下步驟：

步驟S100，構(gòu)建金屬氧化物避雷器的計算模型。本發(fā)明實(shí)施例提供的用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算模型的電路原理示意圖如圖2所示，包括：線性電阻R0、本體電容C0、非線性電阻R1、本體電感L1、雜散電容CS和等效電感LS。

其中，線性電阻R0和本體電容C0串聯(lián)連接，并組成第一串聯(lián)支路，非線性電阻R1和本體電感L1串聯(lián)連接并組成第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第二串聯(lián)支路并聯(lián)連接，組成并聯(lián)電路。

并聯(lián)電路與等效電感LS串聯(lián)連接，并組成第一回路，第一回路與雜散電容CS并聯(lián)連接，且雜散電容CS的一端電連接至電壓輸入端、另一端電連接至地端，其中，等效電感LS在第一回路靠近電壓輸入端的一端。

另外，在第一串聯(lián)支路中，本體電容C0靠近接地端，在第二串聯(lián)支路中，非線性電阻R1靠近接地端。

步驟S200，根據(jù)金屬氧化物避雷器在特快速暫態(tài)過電壓中的伏安特性計算線性電阻和非線性電阻的阻值。其中線性電阻的電阻值為伏安特性中的線性值，非線性電阻的阻值為伏安特性中的非線性值。在本發(fā)明實(shí)施例提供用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法中，非線性電阻R1為控制元件，且非線性電阻R1的阻值大小由避雷器電阻片在特快速暫態(tài)過電壓試驗(yàn)中的伏安特性決定。線性電阻R0為極化電阻，且極化電阻的阻值大小與溫度成線性關(guān)系，其表示金屬氧化物避雷器電阻片在小電流區(qū)域的電阻非線性很低。

步驟S300，根據(jù)金屬氧化物避雷器的高度計算本體電感的電感值。本體電感L1為避雷器電阻片的本體電感，其表征放電電流峰值滯后于殘余電壓，對于金屬氧化物避雷器電阻片，其可取金屬氧化物避雷器電阻片的本體電感，采取經(jīng)驗(yàn)公式的方法進(jìn)行等值。如假設(shè)空氣絕緣變電站中單個金屬氧化物避雷器電阻片的本體電感為1μH/m，則高度為2cm的單個金屬氧化物避雷器電阻片的電感將為20nH。本發(fā)明實(shí)施例提供的用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算模型中，金屬氧化物避雷器電阻片采用同軸結(jié)構(gòu)，單個金屬氧化物避雷器電阻片的電感為0.1μH/m，則高度為2cm的單個金屬氧化物避雷器電阻片電感值為2nH。對于氣體絕緣變電站，金屬氧化物避雷器的電感值L1可以用0.33μH/m求取。

步驟S400，通過替代法計算本體電容的電容值。本體電容C0為避雷器電阻片的本體電容，其可用替代法進(jìn)行測量，具體步驟為：在特快速暫態(tài)過電壓下，分別以金屬氧化物避雷器電阻片和等尺寸的鋁電極為試品進(jìn)行試驗(yàn)并采集電流波形進(jìn)行分析，根據(jù)采集到的電流波形分別求出試品為金屬氧化物避雷器電阻片時回路的第一固有電感La，試品為同尺寸鋁電極時，回路的第二固有電感Lb，可得，ΔL＝Lb-La，由ωΔL＝1/ωΔC，可得ΔC＝1/ω2ΔL，即ΔC＝1/ω2(Lb-La)。

步驟S500，通過三維場計算得到金屬氧化物避雷器的對地等效電容值，利用對地等效電容值與本體電感的電感值求差，得到雜散電容的電容值。雜散電容CS為避雷器連接導(dǎo)體與金屬罐體、法蘭和均壓裝置的雜散電容。由于金屬氧化物避雷器對地等效電容由雜散電容CS和金屬氧化物避雷器電阻片本體電容C0構(gòu)成，因此，通過三維場計算得到金屬氧化物避雷器的對地等效電容值，減去上述得到的本體電容C0的值，即可得到本發(fā)明實(shí)施例提供的用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算模型中雜散電容CS的取值。

步驟S600，通過電流試品的半徑和高度以及與試品距離的函數(shù)，得到等效電感的電感值。等效電感LS為避雷器連接導(dǎo)體等效電感。其取值由電流試品的半徑和高度以及與試品距離等多方面因素所決定，如在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備罐內(nèi)，避雷器安裝連接引線電感通常按0.3μH/m電感取值，而在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備罐外，則通常按1μH/m電感取值，當(dāng)需考慮與其他設(shè)備空間距離的影響時，如避雷器非?？拷槐Ｗo(hù)設(shè)備(距離小于0.5m)時，則通常按照0.5μH/m電感取值。

值得說明的是，以上所舉實(shí)例只是本發(fā)明提供的用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算模型中的一個具體實(shí)施例，其具體取值與替代方法等并不僅限于此，凡是應(yīng)用此模型計算特快速暫態(tài)過電壓作用下金屬氧化物避雷器的相關(guān)參數(shù)的算法，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

由以上技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于變電站中金屬氧化物避雷器的計算方法，通過將金屬氧化物避雷器對地電容分解為雜散電容和電阻片本體電容兩部分，并將電阻片本體電容和雜散電容兩部分分別等效，能夠更好的模擬MOA在VFTO下的電氣特性，從而可以計算在VFTO作用下MOA的所有參數(shù)。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實(shí)體或者操作與另一個實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。