GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法技术

本发明专利技术公开了一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，它包括：步骤1、利用PSCAD/EMTDC软件自定义功能，完成母线电压互感器电磁暂态模型构建；步骤2、将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数；呈现了当一次侧通入兆赫兹级的高频信号，能够耦合到二次侧电缆芯线上；步骤3、该母线电压互感器电磁暂态模型通过一个电流电压特性曲线表，模拟互感器饱和特性；解决了现有技术GIS变电站对于电压互感器(Potential Transformer,PT)二次侧高频过电压危害的研究较少以及缺少相应仿真模型缺失等问题。

Electromagnetic transient modeling and analysis method of voltage transformer for VFTO analysis in GIS substation

The invention discloses a GIS analysis of the VFTO transformer substation voltage transformer electromagnetic transient modeling method, which comprises the following steps: 1, using PSCAD/EMTDC software to complete the construction of custom functions, bus voltage transformer electromagnetic transient model; step 2, the bus voltage transformer electromagnetic transient model using T type single-phase transformer equivalent circuit conversion principle of gamma the equivalent circuit of the construction, the transfer function of a transformer; presents a signal when the high frequency side into the MHz level, can be coupled to the two side of the cable core line; step 3, the bus voltage transformer electromagnetic transient model with a current voltage characteristic curve, simulation of transformer saturation characteristics; solves GIS substation for voltage transformer (Potential Transformer, PT) two side frequency overvoltage harm less and lack of corresponding Simulation model deletion and so on.

【技术实现步骤摘要】
GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法
本专利技术属于电气工程领域中过电压分析与建模技术，尤其涉及一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模方法。
技术介绍
气体绝缘开关设备(gasinsulatedswitchgear，GIS)具有结构紧凑、占地省、易于维护等优点，在110kV及以上电网中得到了广泛应用，高压交流输电系统也越来越多地采用了GIS设备。GIS变电站中，断路器、隔离开关和接地开关操作以及发生单相接地短路故障都会产生特快速瞬态过电压(veryfasttransientovervoltage，VFTO)，其中隔离开关操作是其产生的主要原因。VFTO具有幅值高、波前陡、频率高和多次连续脉冲的特点，对GIS及其连接的绕组类设备(如变压器)绝缘有重要影响；同时，它也会在GIS外壳与外部引线连接处产生瞬态壳体电位(transientenclosurevoltage，TEV)，引起二次设备绝缘和人身安全问题，并对测量控制设备产生电磁干扰，造成二次设备的误动作。因此，VFTO已成为国内外研究人员关注的焦点。针对GIS的产品设计，20世纪80年代开始国外一些厂商对超高压系统中隔离开关操作产生的VFTO现象进行了大量研究，设计了VFTO测量系统，采用模拟试验和数字仿真方法分析VFTO的特性、对设备绝缘的影响和对二次设备的电磁干扰等，提出了隔离开关加装阻尼电阻抑制VFTO的措施。近年来，国内外对于VFTO研究的受损对象主要是变压器等一次电气设备及其绝缘水平评价问题，相关研究成果的主要贡献集中在适用于快速暂态过电压的元件模型(如避雷器、隔离开关电弧模型、电压互感器模型等)、快速暂态过电压计算等方面。最近，文献开展了GIS电压互感器的传递过电压试验研究，通过一套集B类冲击波的产生、控制及测量为一体的试验装置，得出了GIS电压互感器的传递过电压具有线性传递特性的结论，但是国内外对于电压互感器(PotentialTransformer,PT)二次侧高频过电压危害的研究较少以及缺少相应仿真模型缺失等问题。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题：提供一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，以解决现有技术GIS变电站对于电压互感器(PotentialTransformer,PT)二次侧高频过电压危害的研究较少以及缺少相应仿真模型缺失等问题。本专利技术技术方案：一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，它包括：步骤1、利用PSCAD/EMTDC软件自定义功能，完成母线电压互感器电磁暂态模型构建；步骤2、将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数；实现当一次侧通入兆赫兹级的高频信号耦合到二次侧电缆芯线上；步骤3、该母线电压互感器电磁暂态模型通过一个电流电压特性曲线表，模拟互感器饱和特性。步骤1所述母线电压互感器电磁暂态模型由3个单相3绕组变压器模型UMEC构成。步骤2所述的构建一个互感器传递函数的表达式为：式中：R、L、CPS分别为电压互感器的电阻、电感、电容，CP和CS分别为一次侧和二次侧的对地电容，Rh和Lh分别为铁磁损耗电阻和激励电感，则Vs＝kV’s，k为互感器变比；R＝Rp+kRs；R＝Rp+kRs；Cs＝kC’s。步骤3所述特性曲线表实现10个离散点的线性函数模拟电压互感器的非线性饱和特性。所述单相3绕组变压器模型UMEC的变压器一次侧分别接入GIS变电站高压侧A、B、C三相母线，二次侧依据电压互感器接线方式有两种连接方式：常规开口三角形的PT二次侧接法和特殊的PT二次侧接法，所述常规开口三角形的PT二次侧接法中A、B、C三相等效互感器模型一次侧1#绕组串接有一个0.01欧姆的等效接地电阻，二次侧2#绕组引出A相相电压端口，二次侧A相3#绕组、B相3#绕组、C相3#绕组串接，形成零序电压测量端口，形成Y/Y/△的电压互感器绕组接法；所述特殊的PT二次侧接法与常规开口三角形的PT二次侧接法有相同的第二绕组接法和不同的第三绕组接法；所述第三绕组接法为：A相同名端和C相异名端连接，B相同名端接地，B相异名端与A相同名端连接，由A相同名端和C相异名端形成AC线电压测量端口。本专利技术的有益效果：本专利技术通过构建母线电压互感器电磁暂态模型，将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数，呈现了当一次侧通入兆赫兹级的高频信号，能够耦合到二次侧电缆芯线上，并将该模型通过一个电流电压特性曲线表，模拟互感器饱和特性，解决了现有技术GIS变电站对于电压互感器(PotentialTransformer,PT)二次侧高频过电压危害的研究较少以及缺少相应仿真模型缺失等问题。附图说明：图1为本专利技术电压互感器电磁暂态模型等效电路示意图；图2为实施例电压互感器常规开口三角形的二次侧接线示意图；图3为实施例电压互感器特殊的PT二次侧接线示意图；图4为本专利技术PT模型中UMEC的饱和特性曲线参数设定界面示意图；图5为本专利技术超高压GIS变电站VFTO分析的母线电压互感器电磁暂态建模分析方法；图6实施例具体案例操作方式1情形下52YH一次侧VFTO波形a)a相、b)b相示意图图7实施例具体案例操作方式1情形下52YH二次侧VFTO波形a)a相；b)b相示意图；图8实施例具体案例操作方式1情形下52YH第一绕组B相与第三绕组开口三角中B相之间过电压波形示意图图9实施例具体案例操作方式2情形下52YH一次侧VFTO波形(b相)示意图图10施例具体案例操作方式2情形下52YH第一绕组B相与第三绕组开口三角中B相之间过电压波形示意图。具体实施方式：一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，它包括：步骤1、利用PSCAD/EMTDC软件自定义功能，完成母线电压互感器电磁暂态模型构建；步骤1所述母线电压互感器电磁暂态模型由3个单相3绕组变压器模型UMEC构成。这3个单相3绕组变压器一次侧分别接入GIS变电站高压侧A、B、C三相母线，其二次侧可依据电压互感器接线方式可依据实际应用需要做相应调整，其中有两种主要的连接关系：一类常规开口三角形的PT二次侧接法和一类特殊的PT二次侧接法，分别如图2和图3所示。具体来说，常规开口三角形的PT二次侧接法中A、B、C三相等效互感器模型一次侧1#绕组串接有一个0.01欧姆的等效接地电阻，二次侧2#绕组引出A相相电压端口，而二次侧A相3#绕组、B相3#绕组、C相3#绕组串接，形成零序电压测量端口。这样，形成Y/Y/△的电压互感器绕组接法。而特殊的PT二次侧接法与前述常规开口三角形的PT二次侧接法有相同的第二绕组接法和不同的第三绕组接法，其第三绕组接法为：A相同名端和C相异名端连接，B相同名端接地，B相异名端与A相同名端连接，由A相同名端和C相异名端形成AC线电压测量端口。步骤2、将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数；呈现了当一次侧通入兆赫兹级的高频信号，能够耦合到二次侧电缆芯线上；步骤2所述的构建一个互感器传递函数的表达式为：式中：s为传递函数中复数符号，Vp和Vs本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，它包括：步骤1、利用PSCAD/EMTDC软件自定义功能，完成母线电压互感器电磁暂态模型构建；步骤2、将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数；实现当一次侧通入兆赫兹级的高频信号耦合到二次侧电缆芯线上；步骤3、该母线电压互感器电磁暂态模型通过一个电流电压特性曲线表，模拟互感器饱和特性。

【技术特征摘要】
1.一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，它包括：步骤1、利用PSCAD/EMTDC软件自定义功能，完成母线电压互感器电磁暂态模型构建；步骤2、将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数；实现当一次侧通入兆赫兹级的高频信号耦合到二次侧电缆芯线上；步骤3、该母线电压互感器电磁暂态模型通过一个电流电压特性曲线表，模拟互感器饱和特性。2.根据权利要求1所述的一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，其特征在于：步骤1所述母线电压互感器电磁暂态模型由3个单相3绕组变压器模型UMEC构成。3.根据权利要求1所述的一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，其特征在于：步骤2所述的构建一个互感器传递函数的表达式为：式中：R、L、CPS分别为电压互感器的电阻、电感、电容，CP和CS分别为一次侧和二次侧的对地电容，Rh和Lh分别为铁磁损耗电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓红，黄军凯，曾华荣，田承越，刘晓波，韩松，胡智，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52