考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术提供考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法、系统及设备，属于SF6断路器仿真技术领域。包括：步骤S1，在仿真软件建立SF6断路器受控元件模型，所述受控元件模型包括断路器合闸过程中合闸状态与SF6气体参数、以及SF6断路器断口电压之间的关系，还包括断路器合闸过程中电弧电阻阻值与电弧参数、所述SF6断路器断口电压、SF6断路器通过电流之间的关系；步骤S2，搭建模拟电力系统的SF6断路器测试电路并将所述SF6断路器受控元件模型接入所述SF6断路器测试电路；步骤S3，载入所述SF6气体参数、所述电弧参数，调整断口实时电压、实时通过电流，进行所述SF6断路器测试电路中的SF6断路器合闸预击穿的系统电磁暂态过程仿真。合闸预击穿的系统电磁暂态过程仿真。

【技术实现步骤摘要】
考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及SF6断路器仿真
，尤其涉及一种考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]SF6断路器具有开断能力强、电气寿命长、绝缘水平高等优点，是电网中的重要元件，对电网运行的可靠性有着重要影响。在实际电力系统运行中，SF6断路器用于电容器组投切等场景时需频繁动作，幅值很大的合闸涌流将导致断路器弧触头严重烧蚀，导致触头表面粗糙、裂纹以及喷口表面凝结金属颗粒等现象，甚至造成弧触头形变，使触头变尖，严重影响灭弧室内电场分布，增大开断过程中的重燃弧几率，产生操作过电压，危害断路器及相邻设备的绝缘性能，大幅降低开关的电气寿命。因此，有必要对SF6断路器合闸预击穿过程进行研究。
[0003]对于SF6断路器合闸预击穿的研究一般分为仿真和试验两种方法。相比于试验方法，开展断路器的仿真研究可以降低试验成本、减少试验的盲目性，具有一定的经济性。然而，在现有的仿真软件中SF6断路器的建模方式较为简单，只能简单表现断路器的分合状态改变，未考虑SF6断路器合闸过程中电弧电阻的变化问题，仿真精度不高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法、系统及设备，考虑SF6断路器合闸预击穿过程中的电弧电阻动态变化，提高SF6断路器模拟实际工况的仿真精度。
[0005]本专利技术实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]提供一种考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法，包括：
[0007]步骤S1，在仿真软件建立SF6断路器受控元件模型，所述受控元件模型包括断路器合闸过程中合闸状态与SF6气体参数、以及SF6断路器断口电压之间的关系，还包括断路器合闸过程中电弧电阻阻值与电弧参数、所述SF6断路器断口电压、SF6断路器通过电流之间的关系；
[0008]步骤S2，搭建模拟电力系统的SF6断路器测试电路并将所述SF6断路器受控元件模型接入所述SF6断路器测试电路；
[0009]步骤S3，载入所述SF6气体参数、所述电弧参数，调整断口实时电压、实时通过电流，进行所述SF6断路器测试电路中的SF6断路器合闸预击穿的系统电磁暂态过程仿真。
[0010]较优地，所述SF6气体参数包括SF6气体计算系数b和SF6气体密度ρ，断路器合闸过程中所述合闸状态与所述SF6气体参数、以及所述SF6断路器断口电压U
SF6
之间的关系为：
[0011]当U
SF6
＜U时，所述SF6断路器没有发生合闸预击穿，所述U为所述SF6断路器的实时绝缘强度；
[0012]当U
SF6
≥U时，所述SF6断路器发生合闸预击穿，发生燃弧：
[0013]U＝TRV
‑
at
[0014]a＝TRV/t
end
[0015]TRV＝bρD
max
[0016]其中，TRV为断路器绝缘强度能承受的最大值，a为计算系数，t为断路器触头合闸动作持续时长，t
end
是合闸动作完成所需时长，D
max
为所述SF6断路器的触头最大开距。
[0017]较优地，断路器合闸过程中所述电弧电阻阻值与所述电弧参数、所述SF6断路器断口电压、所述SF6断路器通过电流之间的关系为：
[0018]所述SF6断路器未发生合闸预击穿时，所述电弧电阻等效为一大电阻；
[0019]所述SF6断路器发生合闸预击穿时，电弧燃烧，所述电弧电阻的计算方式为：
[0020][0021]其中，ω(i)为电弧权函数，R
c
为Cassie模型电弧电阻，R
m
为Mayr模型电弧电阻；
[0022][0023][0024]其中，τ为电弧时间常数，E为稳定电弧电压，P0为电弧散出功率，u为断路器电压，i为断路器通过电流；
[0025]电弧权函数ω(i)表达式为：
[0026][0027]其中，i0为过渡电流；k为过渡系数。
[0028]本专利技术提供一种考虑SF6断路器合闸预击穿特性的仿真系统，包括：
[0029]元件模型建立模块，用于在仿真软件建立SF6断路器受控元件模型，所述受控元件模型包括断路器合闸过程中合闸状态与SF6气体参数、以及SF6断路器断口电压之间的关系，还包括断路器合闸过程中电弧电阻阻值与电弧参数、所述SF6断路器断口电压、SF6断路器通过电流之间的关系；
[0030]电路模型建立模块，用于搭建模拟电力系统的SF6断路器测试电路并将所述SF6断路器受控元件模型接入所述SF6断路器测试电路；
[0031]仿真模块，用于载入所述SF6气体参数、所述电弧参数，调整断口实时电压、实时通过电流，进行所述SF6断路器测试电路中的SF6断路器合闸预击穿的系统电磁暂态过程仿真。
[0032]本专利技术提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述的方法。
[0033]本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现前述的方法。
[0034]本专利技术提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现前述的方法。
[0035]由上述技术方案可知，本专利技术实施例提供的考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法及系统，首先，在仿真软件建立SF6断路器受控元件模型，受控元件模型包括断路器合闸过程中合闸状态与SF6气体参数、以及SF6断路器断口电压之间的关系，还包括断路器合闸过程中电弧电阻阻值与电弧参数、SF6断路器断口电压、SF6断路器通过电流之间的关系；再搭建模拟电力系统的SF6断路器测试电路并将SF6断路器受控元件模型接入SF6断路器测试电路；最后载入SF6气体参数、电弧参数，调整断口实时电压、实时通过电流，进行SF6断路器测试电路中的SF6断路器合闸预击穿的系统电磁暂态过程仿真。本专利技术的仿真方法考虑了SF6断路器合闸预击穿过程中的电弧电阻动态变化，可提高SF6断路器模拟实际工况的仿真精度。
附图说明
[0036]图1为考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法的流程图。
[0037]图2为自定义的SF6断路器受控元件模型示意图。
[0038]图3为编程控制SF6断路器接入电路电阻的流程图。
[0039]图4为实施例中的仿真电路图。
[0040]图5为实施例中发生预击穿时断口电压与介电强度波形图。
[0041]图6为实施例中SF6断路器合闸预击穿时的电弧电压波形。
[0042]图7为执行仿真操作的电子设备的框图。
[0043]图8为考虑断路器合闸预击穿特性的仿真系统结构图。
具体实施方式
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法，其特征在于，包括：步骤S1，在仿真软件建立SF6断路器受控元件模型，所述受控元件模型包括断路器合闸过程中合闸状态与SF6气体参数、以及SF6断路器断口电压之间的关系，还包括断路器合闸过程中电弧电阻阻值与电弧参数、所述SF6断路器断口电压、SF6断路器通过电流之间的关系；步骤S2，搭建模拟电力系统的SF6断路器测试电路并将所述SF6断路器受控元件模型接入所述SF6断路器测试电路；步骤S3，载入所述SF6气体参数、所述电弧参数，调整断口实时电压、实时通过电流，进行所述SF6断路器测试电路中的SF6断路器合闸预击穿的系统电磁暂态过程仿真。2.如权利要求1所述的考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法，其特征在于，所述SF6气体参数包括SF6气体计算系数b和SF6气体密度ρ，断路器合闸过程中所述合闸状态与所述SF6气体参数、以及所述SF6断路器断口电压U
SF6
之间的关系为：当U
SF6
＜U时，所述SF6断路器没有发生合闸预击穿，所述U为所述SF6断路器的实时绝缘强度；当U
SF6
≥U时，所述SF6断路器发生合闸预击穿，发生燃弧：U＝TRV
‑
ata＝TRV/t
end
TRV＝bρD
max
其中，TRV为断路器绝缘强度能承受的最大值，a为计算系数，t为断路器触头合闸动作持续时长，t
end
是合闸动作完成所需时长，D
max
为所述SF6断路器的触头最大开距。3.如权利要求2所述的考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法，其特征在于，断路器合闸过程中所述电弧电阻阻值与所述电弧参数、所述SF6断路器断口电压、所述SF6断路器通过电流之间的关系为：所述SF6断路器未发生合闸预击穿时，所述电弧电阻等效为一大电阻；所述SF6断路器发生合闸预击穿时，电弧燃烧，所述电弧电阻的计算方式为：其中，ω(i)为电弧权函数，R
c
为Cassie模型电弧电阻，R
m
为Mayr模型电弧电阻；为Mayr模型电弧电阻；其中，τ为电弧时间常数，E为稳定电弧电压，P0为电弧散出功率，u为断路器电压，i为断路器通过电流；电弧权函数ω(i)表达式为：其中，i0为过渡电流；k为过渡系数。
4.如权利要求3所述的考虑断路器合闸预击穿特性的仿真方法，其特征在于，所述SF6断路器测试电路包括依次串联的交流电源、交流电源阻抗、断路器受控元件模型、并联电容器和串联电抗器，所述并联电容器上并联放电线圈TV，所述SF6断路器测试电路两端接地。5.一种考虑SF6断路器合闸预击穿特性的仿真系统，其特征在于，包括：元件模型建立模块，用于在仿真软件建立SF6断路器受控元件模型，所述受控元件模型包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，马飞越，邓军波，牛勃，孙尚鹏，吴诚威，田天，王博，魏莹，白金，于家英，田禄，
申请(专利权)人：西安交通大学国网宁夏电力有限公司，
类型：发明
国别省市：