高压气体断路器开断性能评估方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高压气体断路器开断性能评估方法和系统，其方法包括：对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真获得电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流；采提取预设的零区电弧模型的模型参数；以总电弧电压和电弧电流作为初始条件，基于零区电弧模型求解瞬态恢复电压作用下的弧后电流；根据弧后电流的变化趋势判断高压气体断路器在开断过程中是否发生热击穿；通过磁体动力学仿真获取在弧后电流作用下的灭弧室内的压强分布和温度分布，比较灭弧室内的各点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强与对应温度和场强下的临界击穿场强，评估灭弧室内发生电击穿的概率。采用本发明专利技术方案，实现了对高压气体断路器弧后热击穿和电击穿特性的综合评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种高压气体断路器开断性能评估方法和系统。
技术介绍
高压气体断路器(GCB)尤其是高压六氟化硫(SF6)断路器，由于具有优良的开断性能，被广泛应用于电力系统中。在断路器大容量、小型化的发展过程中，一个突出的问题就是如何通过灭弧室的优化设计及其与操作机构的特性配合，来加速弧后热恢复过程，提高弧后介质恢复强度，以降低重燃概率。近年来，国内外对高压气体断路器电弧的磁流体动力学(MHD)仿真做了大量工作，为高压断路器设计与优化提供了一种非常有效的方法。另一方面，为进一步研究零点附近的电弧特性，特别针对其热击穿和电击穿特性，一些学者对零区电弧模型以及折合临界击穿场强的理论计算进行了研究。尽管评估高压断路器开断性能对于产品的优化设计和性能提高的非常重要，但目前还没有针对高压气体断路器弧后热击穿和电击穿特性的综合评估方法或手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种高压气体断路器开断性能评估方法和系统，可以实现对高压气体断路器弧后热击穿和电击穿特性的综合评估。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种高压气体断路器开断性能评估方法，包括：对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，获得第一仿真结果，所述第一仿真结果包括电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流；采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数；以所述总电弧电压和所述电弧电流作为初始条件，根据所述模型参数、所述零区电弧模型和预设的瞬态恢复电压求解所述瞬态恢复电压作用下的弧后电流；根据所述弧后电流的变化趋势判断所述高压气体断路器在开断过程中是否发生热击穿，得到判定结果；在所述判定结果表明所述高压气体断路器在开断过程中未发生热击穿时，通过所述磁体动力学仿真获取第二仿真结果，所述第二仿真结果包括在弧后电流作用下的灭弧室内的压强分布和温度分布，并根据所述压强分布和所述温度分布获取灭弧室内的各点对应温度和对应压强下的临界击穿场强；将灭弧室内的各点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强分别与对应的临界击穿场强进行比较，获得灭弧室内场强与临界击穿场强的比值分布；根据所述比值分布确定所述灭弧室内各点发生电击穿的概率。一种高压气体断路器开断性能评估方法，包括：仿真单元，用于对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，获得第一仿真结果，所述第一仿真结果包括电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流；提取单元，用于采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数；第一求解单元，用于以所述总电弧电压和所述电弧电流作为初始条件，根据所述模型参数、所述零区电弧模型和预设的瞬态恢复电压求解所述瞬态恢复电压作用下的弧后电流；判断单元，用于根据所述弧后电流的变化趋势判断所述高压气体断路器在开断过程中是否发生热击穿，得到判定结果；获取单元，用在在所述判定结果表明所述高压气体断路器在开断过程中未发生热击穿时时，通过所述磁体动力学仿真获取第二仿真结果，所述第二仿真结果包括在弧后电流作用下的灭弧室内的压强分布和温度分布，并根据所述压强分布和所述温度分布获取灭弧室内的各点对应温度和对应压强下的临界击穿场强；比较单元，用于将灭弧室内的各点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强分别与对应的临界击穿场强进行比较，获得灭弧室内场强与临界击穿场强的比值分布；处理单元，用于根据所述比值分布确定所述灭弧室内各点发生电击穿的概率。根据上述本专利技术方案，其是对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，获得第一仿真结果，所述第一仿真结果包括电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流，采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数，以所述总电弧电压和所述电弧电流作为初始条件，根据所述模型参数、所述零区电弧模型和预设的瞬态恢复电压求解所述瞬态恢复电压作用下的弧后电流，根据所述弧后电流的变化趋势判断所述高压气体断路器在开断过程中是否发生热击穿，得到判定结果，在所述判定结果表明所述高压气体断路器在开断过程中未发生热击穿时，通过所述磁体动力学仿真获取第二仿真结果，所述第二仿真结果包括在弧后电流作用下的灭弧室内的压强分布和温度分布，并根据所述压强分布和所述温度分布获取灭弧室内的各点对应温度和对应压强下的临界击穿场强，将灭弧室内的各点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强分别与对应的临界击穿场强进行比较，获得灭弧室内场强与临界击穿场强的比值分布，根据所述比值分布确定所述灭弧室内各点发生电击穿的概率，本专利技术方案中综合评估了高压气体断路器弧后热击穿和电击穿特，本专利技术方案对于压气式断路器、自能式断路器等各种高压气体断路器的热击穿特性和电击穿特性评估均适用，为高压断路器开断性能(包括热击穿特性和电击穿特性)的综合评估提供了一种有效方式。附图说明图1为本专利技术实施例一的高压气体断路器开断性能评估方法的实现流程示意图；图2为零前电弧电压的磁体动力学仿真结果和遗传算法拟合结果的比较图；图3为弧后电流计算结果图；图4为基于容性静电场计算得到的灭弧室内等电位线；图5为灭弧室内的电场强度等值线；图6为灭弧室内临界击穿场强等值线(104V/mm)；图7为灭弧室内场强与临界击穿场强的比值的等值线(104V/mm)；图8为灭弧室的临界击穿电压与恢复电压的比较图；图9为本专利技术实施例二的高压气体断路器开断性能评估系统的组成结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。实施例一本专利技术实施例一提供一种高压气体断路器开断性能评估方法。参见图1所示，为本专利技术实施例一的高压气体断路器开断性能评估方法的实现流程示意图。如图1所示，本实施例的高压气体断路器开断性能评估方法包括如下步骤：步骤S101：对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，获得第一仿真结果，所述第一仿真结果包括电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流；考虑到高压断路器结构的对称性，可以采用二维轴对称电弧模型来进行电弧进行磁体动力学仿真，在进行电弧进行磁体动力学仿真时所采用的控制方程如下：式中，p为局部压强，ρ为密度，为速度矢量，w和v分别为轴向的速度分量和径向的速度分量，μl和μt分别为层流粘度和湍流粘度，Jr和Jz分别为轴向电流密度和径向电流密度，Bθ磁场的环向分量，h为焓，kl和k分别为轴向的热导率和径向热导率，σ为电导率，cp为定压比热，为电势，E为电场，q为辐射损耗，为粘度项，为粘度耗散，μ0表示真空磁导率时间t表示时间，z表示轴向坐标，r表示径向坐标。在具体实现时，采用二维轴对称电弧模型来对断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，得到电弧电流过零前30微秒内的总电弧电压和电弧电流。步骤S102：采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数；这里，所述零区电弧模型由三个修正的迈耶尔电弧模型串联组成，具体地，如公式(7)～公式(9)。其中，式(7)、(8)和(9)代表三个串联的可变电阻，这三个串联的可变电阻分别在慢过程、中过程和快过程中起主导作用。三个电阻流过相同的电流，总电弧电压为三个可变电阻上的电弧电压之和。该零区电弧模型中，A1、A2和A3为电弧散热功率的倒数，τ1、τ2和τ3为电弧时间常数，它们之间存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压气体断路器开断性能评估方法，其特征在于，包括：对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，获得第一仿真结果，所述第一仿真结果包括电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流；采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数；以所述总电弧电压和所述电弧电流作为初始条件，根据所述模型参数、所述零区电弧模型和预设的瞬态恢复电压求解所述瞬态恢复电压作用下的弧后电流；根据所述弧后电流的变化趋势判断所述高压气体断路器在开断过程中是否发生热击穿，得到判定结果；在所述判定结果表明所述高压气体断路器在开断过程中未发生热击穿时，通过所述磁体动力学仿真获取第二仿真结果，所述第二仿真结果包括在弧后电流作用下的灭弧室内的压强分布和温度分布，并根据所述压强分布和所述温度分布获取灭弧室内的各点对应温度和对应压强下的临界击穿场强；将灭弧室内的各点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强分别与对应的临界击穿场强进行比较，获得灭弧室内场强与临界击穿场强的比值分布；根据所述比值分布确定所述灭弧室内各点发生电击穿的概率。

【技术特征摘要】
1.一种高压气体断路器开断性能评估方法，其特征在于，包括：对高压气体断路器的燃弧过程进行磁体动力学仿真，获得第一仿真结果，所述第一仿真结果包括电弧电流过零前的总电弧电压和电弧电流；采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数；以所述总电弧电压和所述电弧电流作为初始条件，根据所述模型参数、所述零区电弧模型和预设的瞬态恢复电压求解所述瞬态恢复电压作用下的弧后电流；根据所述弧后电流的变化趋势判断所述高压气体断路器在开断过程中是否发生热击穿，得到判定结果；在所述判定结果表明所述高压气体断路器在开断过程中未发生热击穿时，通过所述磁体动力学仿真获取第二仿真结果，所述第二仿真结果包括在弧后电流作用下的灭弧室内的压强分布和温度分布，并根据所述压强分布和所述温度分布获取灭弧室内的各点对应温度和对应压强下的临界击穿场强；将灭弧室内的各点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强分别与对应的临界击穿场强进行比较，获得灭弧室内场强与临界击穿场强的比值分布；根据所述比值分布确定所述灭弧室内各点发生电击穿的概率。2.根据权利要求1所述的高压气体断路器开断性能评估方法，其特征在于，在对高压气体断路器开断过程中产生的电弧进行磁体动力学仿真时，采用的是二维对称电弧模型。3.根据权利要求1所述的高压气体断路器开断性能评估方法，其特征在于：在采用遗传算法拟合方式提取预设的零区电弧模型的模型参数时，是以电弧电导与所述第一仿真结果最相近为目标寻求最优的模型参数，且选取电弧电导作为所述遗传算法的适应度函数；所述零区电弧模型为：其中，g1、g2和g3为电弧电导，A1、A2和A3为电弧散热功率的倒数，τ1、τ2和τ3为电弧时间常数，u1、u2和u3为电弧电压，τ1＝k1τ2、τ2＝k2τ3、A3＝k3A2，τ1、A1和A2为电弧参数，k1、k2和k3为断路器参数，所述模型参数包括所述电弧参数和所述断路器参数。4.根据权利要求1所述的高压气体断路器开断性能评估方法，其特征在于，所述根据所述比值分布确定所述灭弧室内各点发生电击穿的概率包括：对于灭弧室内的任意一点，若所述比值分布表明该点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强高于对应的临界击穿场强，确定该点处为易击穿处，若所述比值分布表明该点处的由瞬态恢复电压作用引起的场强不高于对应的临界击穿场强，确定该点处为非易击穿处。5.根据权利要求1所述的高压气体断路器开断性能评估方法，其特征在于，还包括步骤：改变所述瞬态恢复电压的上升率，求解得到临界热击穿情况下的恢复电压上升率，用所述恢复电压上升率表征断路器的开断能力和开断裕量。6.一种高压气体断路器开断性能评估系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏海博，莫文雄，王勇，叶建斌，刘俊翔，许中，黄慧红，顾乐，陈俊，
申请(专利权)人：广州供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44