一种220V带负荷断接电缆的仿真方法技术

本发明专利技术公开一种220V带负荷断接电缆的仿真方法，在ATP—EMTP仿真平台中建立带负荷断接电缆模型，通过该模型仿真得出电弧电流的大小及波形，在模型中利用电弧黑盒模型描述在带负荷开断过程中电弧电流与电路之间的相互作用，研究电弧的动态电气特性。此电弧模型通过对实验数据进行曲线拟合得出适用于电弧的数学模型，能很好地模拟实际带负荷作业过程中电弧的产生全过程。既能反映电弧稳定燃烧时静态特性，又能反映电弧击穿或熄灭时的动态性能，对解决实际生产中带负荷断接电缆时易产生断口电弧问题有直接的指导作用。

A simulation method of 220 V load cut-off cable

【技术实现步骤摘要】
一种220V带负荷断接电缆的仿真方法
本专利技术属于带负荷断接电缆仿真建模领域，具体涉及一种220V带负荷断接电缆的仿真方法。
技术介绍
带电作业指在高压电气设备上不停电进行检修和测试的一种作业方法，它可以避免因检修停电，是保证正常供电、提高供电可靠性的有效措施。带电作业的作业对象包括发电厂和变电所的电气设备、架空输电线路及附属设备、配电线路及附属的配电设备。目前有关带电作业的相关规定中均要求线路末端空载，这给用户的正常用电造成不便，故需要对低压配电网进行带负荷作业的暂态过程研究。在带负荷断接作业时，由于线路与负荷的电容电流较大，开关断口时极易产生电弧，对操作人员的人生安全造成威胁，危及系统及电力设备安全，带来巨大的经济损失。带负荷断接电缆的过程中需要对电弧进行建模，传统的电弧模型(Cassie模型，Mayr模型，Schward模型，控制论模型)基于弧隙能量平衡理论对电弧燃烧过程作出一些假设，因此都有其适用范围，不能够准确地描述电弧从预击穿阶段到稳定燃烧到熄弧阶段的全过程。
技术实现思路
本专利技术提供了解决了一种220V带负荷断接电缆的仿真方法，解决传统电弧模型不完全适用于实际带负荷作业暂态过程的不足。本专利技术的技术方案为：一种220V带负荷断接电缆的仿真方法，包括：S1、在ATP—EMTP仿真平台中建立带负荷断接电缆模型，通过带负荷断接电缆模型仿真得出电弧电流的大小及波形；S2、在带负荷断接电缆模型中利用电弧黑盒模型描述在带负荷开断过程中电弧电流与电路之间的相互作用，获取电弧的动态电气特性。电弧黑盒模型用实验的电压和电流曲线对实验数据进行曲线拟合来推导出这个实验的特殊的电弧数学模型，能很好地模拟实际电弧产生全过程的电气性能。既能反映电弧稳定燃烧时静态特性，又能反映电弧击穿或熄灭时的动态性能，对带负荷开断操作时易产生的断口电弧和弧光性故障接地问题有直接的指导作用。本专利技术中面解决了传统电弧模型不完全适用于实际电弧产生过程的不足，另一方面为低压配电网带负荷作业技术提供了理论基础，对于实际带负荷断接电缆作业提供了理论指导。在ATP—EMTP仿真平台中建立带负荷断接电缆模型，通过该模型仿真得出电弧电流的大小及波形，在模型中利用电弧黑盒模型描述在带负荷开断过程中电弧电流与电路之间的相互作用，研究电弧的动态电气特性。此电弧模型通过对实验数据进行曲线拟合得出适用于电弧的数学模型，能很好地模拟实际带负荷作业过程中电弧的产生全过程。既能反映电弧稳定燃烧时静态特性，又能反映电弧击穿或熄灭时的动态性能，对解决实际生产中带负荷断接电缆时易产生断口电弧问题有直接的指导作用。作为优选，所述带负荷断接电缆模型由电源模块、电弧模块、电缆模块以及负载模块组成，其中，电源模块由交流电源和电源等效内阻组成；电缆模块为软件内置的LCC模块；负载模块为RLC等效负载；电弧模块采用的是电弧黑盒模型，描述在带负荷开断过程中开断电弧与电路之间的相互作用，其数学推导如下：根据电弧黑盒模型的基本原理，用如下非线性表达式表示电弧电压：其中，Ua0(t)和ia是电弧长度为常数L0时，电弧电压和电弧电流的值。Ua、Ub、I0、Rδ和ζ都是定义电弧电压波形的参数。在(2)中，sgn为符号函数(当x>＝0时，sgn(x)＝1；当x<0时，sgn(x)＝-1)。ζ为零均值高斯噪声。Ua是电弧电压梯度Ea和电弧长度La的乘积。分量UbI0(t)/ib(t)表示电弧的燃弧电压，分量Rδ|ib(t)|是由ia决定的拟线性部分。Rδ仅是电弧电阻的一部分，其值主要由Ua的值决定。在式(1)的电弧模型中并没有考虑电弧的伸长，可以通过乘以一个合适的函数L(t)来实现。L(t)的表达式为：L(t)＝L0(1+ΔL(t-Ti)h(t-Ti))(3)ΔL(t-Ti)表示弧长改变量，Ti是电弧的开始时间，h(t)是赫维赛德函数(符号函数)，而ΔL(t-Ti)又可以表示为：联立(3)和(4)有：采用指数函数来描述电弧长度改变的动态过程，即L(t)＝L0[1+AeB(t-Ti)h(t-Ti)](6)其中A和B为决定弧长改变量的参数，且ΔL(t-Ti)＝AeB(t-Ti)(7)综上所述，电弧模型的表达式为再联立式(7)和(8)，可得ua(t)＝ua0(t)[1+AeB(t-Ti)h(t-Ti)](9)式中，A、B的值为常数，可在相关的实验数据的基础上通过曲线拟合的方法计算得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)本专利技术中利用ATP—EMTP仿真实验平台搭建了220V电压等级下的带负荷断接电缆模型，能够比较准确地得出带负荷断接时的电弧电流大小及波形。(2)本专利技术建立的电弧模型既能够反映稳定燃烧时的静态性能，又能反映预击穿和熄弧阶段的外部动态性能，解决了传统电弧模型不完全适用于电弧实际产生过程的不足。附图说明图1为本专利技术中220V带负荷断接电缆仿真模型图。图2为本专利技术中电弧结构图。图3为实施例1中电缆侧的电压波形图。图4为实施例1中电弧电压图。图5为实施例1中电弧电流图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1下面结合图1对本专利技术进一步说明。在ATP—EMTP中搭建220V带负荷断接电缆仿真模型，由电源模块、电弧模块、电缆模块以及负载模块组成。其中，电源模块由交流电源和电源等效内阻组成；电缆模块为软件内置的LCC模块；负载模块为RLC等效负载；电弧模块采用的是电弧黑盒模型，如图2所示，其具体实施方案如下：用如下非线性方程表示电弧电压：其中，Ua0(t)和ia是电弧长度为常数L0时，电弧电压和电弧电流的值Ua、Ub、I0、Rδ和ζ都是定义电弧电压波形的参数。在(2)中sgn为符号函数(当x>＝0时，sgn(x)＝1；当x<0时，sgn(x)＝-1)。ζ为零均值高斯噪声。Ua是电弧电压梯度Ea和电弧长度La的乘积。分量UbI0(t)/ib(t)表示电弧的燃弧电压，分量Rδ|ib(t)|是由ia决定的拟线性部分。Rδ仅是电弧电阻的一部分，其值主要由Ua的值决定。在式(1)的电弧模型中并没有考虑电弧的伸长，可以通过乘以一个合适的函数L(t)来实现。L(t)的表达式为：L(t)＝L0(1+ΔL(t-Ti)h(t-Ti))(3)ΔL(t-Ti)表示弧长改变量，Ti是电弧的开始时间，h(t)是赫维赛德函数(符号函数)，而ΔL(t-Ti)又可以表示为：联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种220V带负荷断接电缆的仿真方法，其特征在于，包括：/nS1、在ATP—EMTP仿真平台中建立带负荷断接电缆模型，通过带负荷断接电缆模型仿真得出电弧电流的大小及波形；/nS2、在带负荷断接电缆模型中利用电弧黑盒模型描述在带负荷开断过程中电弧电流与电路之间的相互作用，获取电弧的动态电气特性。/n

【技术特征摘要】
1.一种220V带负荷断接电缆的仿真方法，其特征在于，包括：
S1、在ATP—EMTP仿真平台中建立带负荷断接电缆模型，通过带负荷断接电缆模型仿真得出电弧电流的大小及波形；
S2、在带负荷断接电缆模型中利用电弧黑盒模型描述在带负荷开断过程中电弧电流与电路之间的相互作用，获取电弧的动态电气特性。


2.如权利要求1所述220V带负荷断接电缆的仿真方法，其特征在于，所述带负荷断接电缆模型由电源模块、电弧模块、电缆模块以及负载模块组成，其中，电源模块由交流电源和电源等效内阻组成；电缆模块为软件内置的LCC模块；负载模块为RLC等效负载；电弧模块采用的是电弧黑盒模型，描述在带负荷开断过程中开断电弧与电路之间的相互作用，其数学推导如下：
根据电弧黑盒模型的基本原理，用如下非线性表达式表示电弧电压：



其中，Ua0(t)和ia是电弧长度为常数L0时，电弧电压和电弧电流的值，



其中，Ua、Ub、I0、Rδ和ζ都是定义电弧电压波形的参数；sgn为符号函数，当x>＝0时，sgn(x)＝1；当x<0时，sgn(x)＝-1；ζ为零均值高斯噪声；Ua是电弧电压梯度Ea和电弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹定座，周立鹤，孙承勇，赵丽惠，赵升有，杨子力，刘会利，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司曲靖麒麟供电局，
类型：发明
国别省市：云南;53