一种氧化锌避雷器结构优化的方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌避雷器结构优化的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，建立避雷器内部的几何仿真模型，步骤2，进行电场电压分布进行仿真计算，步骤3，计算得到每片氧化锌电阻片上的电压承担率Vi和电压分布不均匀系数K，步骤4，对电压承担率进行对比优化，修正的氧化锌电阻片上介电常数为εr’1i，结束优化过程，记录此时的每片电阻片的相对介电常数，步骤5，根据步骤4的优化结果，改造电阻片电容值，得到最终的避雷器的内部电阻片排布方式。本发明专利技术解决了现有技术中通过增大电阻片主电容的方法进行避雷器优化时，增大生产避雷器成本、均压作用不够显著的问题。

Method for optimizing structure of Zinc Oxide arrester

The invention discloses a method for optimizing the structure of Zinc Oxide arrester, specifically implemented according to the following steps: Step 1, a geometric simulation model, lightning arrester internal step 2, distribution voltage simulation, step 3, calculate the voltage of each piece of Zinc Oxide on the resistance rate of Vi and bear the uneven coefficient of voltage K, the distribution of step 4, to undertake voltage rate comparison optimization, Zinc Oxide resistor on the revised dielectric constant epsilon R '1I, the end of the optimization process, the relative dielectric constant, record every piece of resistance at the 5 step, according to the optimization results of step 4, transformation of resistance capacitance, internal varistor arrester arrangement of the final. The invention solves the problem that the cost of the surge arrester and the equalizing effect are not obvious when the lightning arrester is optimized by the method of increasing the main capacitance of the resistance sheet in the prior art.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于避雷器结构优化
，具体涉及一种氧化锌避雷器结构优化的方法。
技术介绍
金属氧化物避雷器(MOA)以其异常良好的非线性特性在电力系统中获得了广泛的应用。对无间隙MOA而言，如果不采取有效的均压措施，在运行中由于杂散电容的存在使得靠近高压端的避雷器单元的电阻片承担的持续运行电压比远离低压端的电阻片承担的电压要高。对于交流高压MOA而言,由于元件数多、结构高度尺寸大，从而使得电压分布的问题相当严重。电压分布的不均匀将导致局部电阻片的运行荷电率升高,进而导致这部分电阻片的老化加快和发生热崩溃。因此，必须采取合理的均压措施来改善其电压分布，控制电阻片的运行荷电率。准确地进行MOA电压分布的计算和测量在MOA的设计制造中具有极其重要的意义。交流无间隙MOA的电压分布的不均匀程度用电压分布不均匀系数来加以表述，通常可以用计算法或实测法来确定。以往国内外以电场计算为主来确定电压分布不均匀系数。金属氧化物避雷器的均压措施一般包括：控制结构和均压环尺寸、配置适当的并联均压电容、以及改变电阻片主电容大小等方式。一般的程序是根据产品和系统的综合要求首先确定避雷器结构和均压环的尺寸，对于≤330kV系统的避雷器而言通过优化均压环结构尺寸就可以获得满意的电压分布不均匀系数，但是对于≥500kV电压等级的避雷器尤其是1000kV交流特高压MOA而言，则除了控制结构和均压环尺寸外还必须通过配置适当的并联均压电容方可获得理想的电压分布不均匀系数。有文献在已有均压罩结构下，通过增加电阻片直径改变电阻片主电容大小进一步优化避雷器电阻片电位分布，避雷器电阻片沿轴线电压分布随电阻片相对介电常数εr的增大而趋于均匀。现有的整体增大电阻片主电容的方法，缺点是增大生产避雷器成本、均压作用不够显著。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化锌避雷器结构优化的方法，解决了现有技术中通过增大电阻片主电容的方法进行避雷器优化时，增大生产避雷器成本、均压作用不够显著的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种氧化锌避雷器结构优化的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，根据氧化锌避雷器的尺寸参数，建立避雷器内部的几何仿真模型，步骤2，进行电场电压分布进行仿真计算得到步骤1中建立的避雷器模型的电场分布情况，即利用有限元分析方法对步骤一中建立的避雷器模型中的氧化锌电阻片(MOA)的电压分布进行仿真计算，通过分析后最终得到每个电阻片上所承担的电压数据ui(i＝1,2,3…n)；步骤3，根据步骤2得出每个电阻片上承担的电压数据进行计算，得到每片氧化锌电阻片上的电压承担率Vi和电压分布不均匀系数K，这两个参量将作为优化的目标参量；步骤4，从步骤3中计算出的n个电阻片的电压及电压承担率中，选取其中最大电压承担率Vmax和最小电压承担率Vmin，并由公式a％＝Vmax-1,b％＝Vmax-Vmin计算出相对介电常数增长率下限a％和上限b％；将计算出第i片电阻片上承担电压Vi与1进行对比，并根据对比的结果对相对介电常数进行修正，修正后的相对介电常数记做εr’1i在修正时，当Vi＜1或者Vi＝1，保持将第i片电阻片的相对介电常数不变，即，εr’1i＝εr1i；当Vi＞1时，对该电阻片的相对介电常数进行修正，即将第i片电阻片的介电常数εr1i提高a％，修正后的介电常数记为εr’1i＝εr1i*(1+a％)。其中，i＝1,2，…，n；将按照上述方法的计算结果修正的氧化锌电阻片上介电常数为εr’1i，并保持步骤1中建模需要的其他参数不变，按照步骤2～3中的方法，重新对改变相对介电常数后的氧化锌避雷器进行建模，计算电压分布不均匀系数K，各个电阻片电压承担率V’i，以及最新的电压分布不均匀系数K和电压承担率的波动系数σ；若改进后的电压分布不均匀系数K<K0，且电压承担率的波动系数σ<σ0，则结束优化过程，记录此时的每片电阻片的相对介电常数；若电压分布不均匀系数和电压承担率仍然不满足以上要求，则重复步骤3的方法进行循环计算和模型修正；如果电压分布不均匀系数和电压承担率符合设计标准的要求，则结束优化过程，记录此时的每片电阻片的相对介电常数；步骤5，根据步骤4的优化结果，改造电阻片电容值，得到最终的避雷器的内部电阻片排布方式。本专利技术的特点还在于，步骤1中建立避雷器内部几何仿真模型时，涉及的参数包括：氧化锌电阻片数n，氧化锌电阻片的外径Φ11、氧化锌电阻片的内径Φ12、氧化锌电阻片的高度H1、氧化锌电阻片的相对介电常数εr1；垫片的外径Φ21、垫片的内径Φ22、垫片的高度H2，垫片材料的电导率G2；绝缘筒的外径Φ31、绝缘筒的内径Φ32、绝缘筒的高度H3、绝缘筒的相对介电常数εr3；绝缘杆的外径Φ41、绝缘杆的高度H4、绝缘杆的相对介电常数εr4；瓷外套的外径Φ51、瓷外套的内径Φ52、瓷外套的高度H5、瓷外套的相对介电常数εr5；支架高度H6；其中，氧化锌电阻片的相对介电常数εr1是可变参量，其余全是不变参量。步骤3得具体的计算为：由步骤2计算得到的电位和电场分布数据采集出的每片电阻片所承担的电压ui，找到电阻片承担电压的最大值umax，根据公式(1)计算出第i个电阻片的电压承担率ViVi=uiU0/n---(1)]]>其中，U0为避雷器承担的额定电压，n为避雷器电阻片的总个数，ui及Vi分别代表第i个电阻片实际承受的电压及电压承担率。计算出，电压分布不均匀系数KK=umax-U0/nU0/n---(2)]]>同时计算出，电压承担率的波动系数σσ=Σi=1n|Vi-1|n---(3)]]>首次计算的电压分布不均匀系数K的初始值记为K0，电压承担率的波动系数σ的初始值记为σ0。本专利技术的有益效果是，本专利技术针对金属氧化锌避雷器因其不同位置电阻片电压承担率不均匀易发生热崩溃的问题，通过对避雷器内氧化锌电阻片的电压承担率进行计算，根据计算结果，采用分段改造电阻片电容的方法能够能改善氧化锌电阻片电压分布和电压承担率(荷电率)，对不同位置采用不同相对介电常数的氧化锌电阻片，来使电阻片的电压承担率更加的合理化，方便易行，且节约成本。附图说明图1是本专利技术一种氧化锌避雷器结构优化的方法的流程图；图2-1是本专利技术一种氧化锌避雷器结构优化的方法的实施例中的330kV立柱式氧化锌避雷器的外观三维模型图；图2-2是本专利技术一种氧化锌避雷器结构优化的方法的实施例中的330kV立柱式氧化锌避雷器的内部结构剖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌避雷器结构优化的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，根据氧化锌避雷器的尺寸参数，建立避雷器内部的几何仿真模型，步骤2，进行电场电压分布进行仿真计算得到步骤1中建立的避雷器模型的电场分布情况，即利用有限元分析方法对步骤一中建立的避雷器模型中的氧化锌电阻片(MOA)的电压分布进行仿真计算，通过分析后最终得到每个电阻片上所承担的电压数据ui(i＝1,2,3…n)；步骤3，根据步骤2得出每个电阻片上承担的电压数据进行计算，得到每片氧化锌电阻片上的电压承担率Vi和电压分布不均匀系数K，这两个参量将作为优化的目标参量；步骤4，从步骤3中计算出的n个电阻片的电压及电压承担率中，选取其中最大电压承担率Vmax和最小电压承担率Vmin，并由公式a％＝Vmax‑1,b％＝Vmax‑Vmin计算出相对介电常数增长率下限a％和上限b％；将计算出第i片电阻片上承担电压Vi与1进行对比，并根据对比的结果对相对介电常数进行修正，修正后的相对介电常数记做εr’1i在修正时，当Vi＜1或者Vi＝1，保持将第i片电阻片的相对介电常数不变，即，εr’1i＝εr1i；当Vi＞1时，对该电阻片的相对介电常数进行修正，即将第i片电阻片的介电常数εr1i提高a％，修正后的介电常数记为εr’1i＝εr1i*(1+a％)；其中，i＝1,2，…，n；将按照上述方法的计算结果修正的氧化锌电阻片上介电常数为εr’1i，并保持步骤1中建模需要的其他参数不变，按照步骤2～3中的方法，重新对改变相对介电常数后的氧化锌避雷器进行建模，计算电压分布不均匀系数K，各个电阻片电压承担率V’i，以及最新的电压分布不均匀系数K和电压承担率的波动系数σ；若改进后的电压分布不均匀系数K<K0，且电压承担率的波动系数σ<σ0，则结束优化过程，记录此时的每片电阻片的相对介电常数；若电压分布不均匀系数和电压承担率仍然不满足以上要求，则重复步骤3的方法进行循环计算和模型修正；如果电压分布不均匀系数和电压承担率符合设计标准的要求，则结束优化过程，记录此时的每片电阻片的相对介电常数；步骤5，根据步骤4的优化结果，改造电阻片电容值，得到最终的避雷器的内部电阻片排布方式。...

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌避雷器结构优化的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据氧化锌避雷器的尺寸参数，建立避雷器内部的几何仿真模型，
步骤2，进行电场电压分布进行仿真计算得到步骤1中建立的避雷器模型的电场分布情
况，即利用有限元分析方法对步骤一中建立的避雷器模型中的氧化锌电阻片(MOA)的电压
分布进行仿真计算，通过分析后最终得到每个电阻片上所承担的电压数据ui(i＝1,2,3…
n)；
步骤3，根据步骤2得出每个电阻片上承担的电压数据进行计算，得到每片氧化锌电阻
片上的电压承担率Vi和电压分布不均匀系数K，这两个参量将作为优化的目标参量；
步骤4，从步骤3中计算出的n个电阻片的电压及电压承担率中，选取其中最大电压承担
率Vmax和最小电压承担率Vmin，并由公式a％＝Vmax-1,b％＝Vmax-Vmin计算出相对介电常数增
长率下限a％和上限b％；
将计算出第i片电阻片上承担电压Vi与1进行对比，并根据对比的结果对相对介电常数
进行修正，修正后的相对介电常数记做εr’1i在修正时，当Vi＜1或者Vi＝1，保持将第i片电阻片的相对介电常数不变，即，εr’1i＝
εr1i；
当Vi＞1时，对该电阻片的相对介电常数进行修正，即将第i片电阻片的介电常数εr1i提
高a％，修正后的介电常数记为εr’1i＝εr1i*(1+a％)；其中，i＝1,2，…，n；
将按照上述方法的计算结果修正的氧化锌电阻片上介电常数为εr’1i，并保持步骤1中
建模需要的其他参数不变，按照步骤2～3中的方法，重新对改变相对介电常数后的氧化锌
避雷器进行建模，计算电压分布不均匀系数K，各个电阻片电压承担率V’i，以及最新的电压
分布不均匀系数K和电压承担率的波动系数σ；
若改进后的电压分布不均匀系数K<K0，且电压承担率的波动系数σ<σ0，则结束优化过
程，记录此时的每片电阻片的相对介电常数；
若电压分布不均匀系数和电压承担率仍然不...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雯，麻焕成，黄新波，张云娟，纪超，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61