一種vfto作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)GIS電站過電壓防護(hù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種VFT0作用下金屬氧 化物避雷器電阻片的電氣等值模型。
【背景技術(shù)】：
[000引 電力系統(tǒng)GIS(Gas-insulatedMetal-enclosedSwitchgear)中隔離開關(guān)操 作會引起頻率約為IMHz至IjlOOMHz、峰值最大可達(dá)2. 5p.U.的特快速瞬態(tài)過電壓（Very FasttransientOver-voltage,VFTO)。高幅值、睹波前的VFTO會威脅GIS內(nèi)部設(shè)備及 變壓器等設(shè)備的絕緣。作為過電壓的主要保護(hù)設(shè)備，金屬氧化物避雷器（MetalOxide Arrester,MOA)在特快波前瞬態(tài)電壓（VFTO)作用下的伏安特性和保護(hù)特性受到極大關(guān)注， 它對VFTO電壓下設(shè)備絕緣配合、避雷器參數(shù)選取W及數(shù)值仿真分析中的M0A模型均有重大 影響。
[0003] 近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對睹波下M0A的伏安特性及電氣模型做了大量的 研究。BBC公司搭建了特快波前方波回路，研究了金屬氧化物電阻片（MetalOxide Varistors,MOV)形狀對于伏安特性的影響；P.Valsalal對特快波前下MOV殘壓和放電電流 時差和響應(yīng)特性進(jìn)行了研究。
[0004] 基于試驗(yàn)結(jié)果，國內(nèi)外專家學(xué)者綜合了一定條件下MOV的伏安特性，提出了睹波 下MOV的伏安特性模型，限于試驗(yàn)條件，模型適用范圍主要集中在一定配方工藝制作的 M0V，且電流波頭時間在0. 5yS~45yS的范圍。IEC標(biāo)準(zhǔn)中提出了睹波作用下的一種非線 性電阻的建議模型，將避雷器在標(biāo)準(zhǔn)雷電波下伏安特性的殘壓上浮5%~10%進(jìn)行等值； IE邸第3. 4. 11工作組依據(jù)多方研究成果并對數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的提取和歸納，提出了廣泛適 用于電流波頭時間在0. 5yS~45yS時的MOV模型，稱為IE邸推薦的模型；意大利學(xué)者 PINCEITI對該模型中參數(shù)的確定方法及MOV的等值電容進(jìn)行了簡化，提出了PINCEITI模 型；ABB公司（前BBC公司）結(jié)合MOV微觀結(jié)構(gòu)中化0晶粒和晶界的導(dǎo)電過程提出了一個 特快波前作用下MOV等值計算模型，但未給出模型中參數(shù)的具體確定方法，無法得到具體 實(shí)用。
[0005] 綜上，對于MOV在睹波沖擊下的模型基本適用于電流波頭時間在0. 5yS~45yS 內(nèi)。由于MOV微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使其對外呈現(xiàn)的伏安特性受電阻片配方、工藝、作用電壓 幅值、波形、能量、溫度等多因素影響，相應(yīng)機(jī)理設(shè)及物理、化學(xué)等多學(xué)科理論。且VFTO沖擊 電流波頭時間在數(shù)十納秒甚至數(shù)納秒內(nèi)，截至目前，基于我國MOV配方工藝的M0A在特快波 前瞬態(tài)電壓下的伏安特性、響應(yīng)特性、阻抗特性等的研究還不完善，還無法提出在VFTO特 快速瞬態(tài)沖擊下，適合我國MOV特性的等值計算模型。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本發(fā)明的目的在于針對目前對VFTO下MOV特性研究的不足，提供了一種VFTO作 用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，為GIS變電站VFTO下計算防護(hù)提供仿真計 算參考模型。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[000引一種VFT0作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，包括線性電感、非線 性電阻、線性電阻和線性電容；其中，線性電感和非線性電阻組成第一串聯(lián)支路，線性電阻 和線性電容組成第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第二串聯(lián)支路組成并聯(lián)支路，且并聯(lián)支路 的一端為低壓端，另一端為局壓端。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于；并聯(lián)支路中非線性電阻和線性電容的連接點(diǎn)為低壓 端，線性電感和線性電阻的連接點(diǎn)為高壓端。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于；線性電感表征放電電流峰值滯后于殘余電壓，對于緊 湊型MOV試驗(yàn)裝置，線性電感是MOV的本體電感。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于；非線性電阻為控制元件，表征在VFT0作用下MOV的 V-I特性，為試驗(yàn)獲得的VFT0下MOV的伏安特性。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于；線性電容描述放電電流峰值超前殘余電壓，是MOV的 本體電容。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于；線性電阻為極化電阻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的阻抗轉(zhuǎn)折電壓和放 電電流而求取。
[0014] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 本發(fā)明提供的一種VFT0作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，突破 了VFT0作用下無有效可用的金屬氧化物避雷器電阻片等值計算模型的局限，給出了VFT0 作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，并提供了模型中各個參數(shù)的具體確定方 法，適用范圍廣泛，為GIS變電站VFT0下計算防護(hù)提供仿真計算參考模型。
【附圖說明】：
[0016] 圖1為本發(fā)明一種VFT0作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型的電路 原理圖；
[0017] 圖2為運(yùn)用本發(fā)明電氣等值模型仿真得到的MOV電流波形和試驗(yàn)電流波形對比 圖；
[001引圖3為運(yùn)用本發(fā)明電氣等值模型仿真得到的MOV電壓波形和試驗(yàn)電壓波形對比 圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0019]W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明一種VFT0作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型， 包括線性電感Li、非線性電阻Ri、線性電阻R。和線性電容C。;其中，線性電感L1和非線性電 阻Ri組成第一串聯(lián)支路，線性電阻R。和線性電容C。組成第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第 二串聯(lián)支路組成并聯(lián)支路，且并聯(lián)支路的一端低壓端，另一端為高壓端。優(yōu)選地，并聯(lián)支路 中非線性電阻Ri和線性電容C。的連接點(diǎn)為低壓端，線性電感L1和線性電阻R。的連接點(diǎn)為 高壓端。
[0021] 對特快波前作用下的MOV,存在一個阻抗轉(zhuǎn)折電壓U。。當(dāng)MOV上電壓峰值小于U。 時，MOV晶界不完全擊穿，電流先于電壓到達(dá)峰值，MOV呈現(xiàn)出容性阻抗特征；當(dāng)作用在MOV 上的電壓峰值為U。時，MOV晶界逐漸擊穿，電流與電壓同時到達(dá)峰值，MOV呈現(xiàn)阻性阻抗特 征。當(dāng)MOV上電壓峰值大于U。時，MOV晶界完全擊穿，電壓先于電流到達(dá)峰值，MOV呈現(xiàn)出 感性阻抗特征。
[0022] 本發(fā)明提供的VFT0作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，當(dāng)外加電 壓低于阻抗轉(zhuǎn)折電壓U。時，RuC。支路中流過的電流大于RiLi支路，MOV對外主要表現(xiàn)容性阻 抗特征；當(dāng)外加電壓大于阻抗轉(zhuǎn)折電壓U。時，R沁。支路中流過的電流大于R山支路，MOV對 外表現(xiàn)感性阻抗特征。
[0023] 其中，線性電感Li表征放電電流峰值滯后于殘余電壓，對于緊湊型MOV試驗(yàn)裝置， 電感Li是MOV的本體電感。
[0024] 非線性電阻Ri為控制元件，表征在VFT0作用下MOV的V-I特性，為試驗(yàn)獲得的 VFT0下MOV伏安特性，反映了與標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊作用下殘壓上升的規(guī)律。
[0025] 線性電容C。描述放電電流峰值超前殘余電壓，是MOV的本體電容，電容值與MOV的 配方工藝和電阻片的形狀有很大的關(guān)系。
[0026] 線性電阻R。為極化電阻，對于某一特定工藝及尺寸的M0V，Li、Ri、Q3個參數(shù)是固 定的，R?？蒞根據(jù)實(shí)驗(yàn)的阻抗轉(zhuǎn)折電壓和放電電流而求取。
[0027] 實(shí)施例：
[002引根據(jù)本發(fā)明提出的VFT0作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，利用 一套可輸出20ns特快波前的同軸發(fā)生裝置及測量系統(tǒng)，可在電阻片上輸出波前時間25ns W內(nèi)、電流峰值為0.5kA~2kA的沖擊電流，試驗(yàn)求取了 0136/54X20值136)電阻片的相 關(guān)參數(shù)。
[0029] 試驗(yàn)回路為同軸緊湊型結(jié)構(gòu)，MOV電感Li和電容C。根據(jù)下式來求取。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，其特征在于：包括線性 電感（L 1)、非線性電阻（R1)、線性電阻（Rtl)和線性電容（Ctl);其中，線性電感（L 1)和非線性 電阻（R1)組成第一串聯(lián)支路，線性電阻（Rtl)和線性電容（C tl)組成第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián) 支路和第二串聯(lián)支路組成并聯(lián)支路，且并聯(lián)支路的一端為低壓端，另一端為高壓端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模 型，其特征在于：并聯(lián)支路中非線性電阻（R1)和線性電容（C tl)的連接點(diǎn)為低壓端，線性電感 (L1)和線性電阻（Rtl)的連接點(diǎn)為高壓端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型， 其特征在于：線性電感（L1)表征放電電流峰值滯后于殘余電壓，對于緊湊型MOV試驗(yàn)裝置， 線性電感（L 1)是MOV的本體電感。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型， 其特征在于：非線性電阻（R1)為控制元件，表征在VFTO作用下MOV的V-I特性，為試驗(yàn)獲 得的VFTO下MOV的伏安特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型， 其特征在于：線性電容（Ctl)描述放電電流峰值超前殘余電壓，是MOV的本體電容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型， 其特征在于：線性電阻（Rtl)為極化電阻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的阻抗轉(zhuǎn)折電壓和放電電流而求取。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種VFTO作用下金屬氧化物避雷器電阻片的電氣等值模型，包括線性電感(L1)、非線性電阻(R1)、線性電阻(R0)和線性電容(C0)；其中，線性電感(L1)和非線性電阻(R1)組成第一串聯(lián)支路，線性電阻(R0)和線性電容(C0)組成第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第二串聯(lián)支路組成并聯(lián)支路，且并聯(lián)支路的一端低壓端，另一端為高壓端。當(dāng)外加電壓低于阻抗轉(zhuǎn)折電壓U0時，R0C0支路中流過的電流大于R1L1支路，MOV對外主要表現(xiàn)容性阻抗特征；當(dāng)外加電壓大于阻抗轉(zhuǎn)折電壓U0時，R0C0支路中流過的電流大于R1L1支路，MOV對外表現(xiàn)感性阻抗特征。本發(fā)明提供的電氣等值模型用于VFTO作用下MOV特性的仿真計算。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104866658
【申請?zhí)枴緾N201510241108
【發(fā)明人】陳潔, 郭潔, 戴敏, 喬兵兵, 王磊, 李振強(qiáng), 李可倫, 矯立新
【申請人】西安交通大學(xué), 中國電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月12日