VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，包括步驟1，建模對(duì)象細(xì)分；步驟2，次級(jí)功能單元建模；步驟3，模型整合；步驟4，整合后的模型求解。本發(fā)明專利技術(shù)可以更加準(zhǔn)確地反映空心線圈在VFTO高頻暫態(tài)過程中傳變特性的變化情況和線圈內(nèi)部的局部諧振，可實(shí)現(xiàn)VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響水平的計(jì)算，有利于優(yōu)化電子式互感器設(shè)計(jì)，從而提高空心線圈電子式互感器運(yùn)行的可靠性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法
本專利技術(shù)涉及一種建模方法，具體涉及一種VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法。
技術(shù)介紹
隨著我國(guó)電力系統(tǒng)容量不斷增大以及電壓等級(jí)不斷升高，電磁式電流互感器由于體積和重量大、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磁飽和、頻帶窄、暫態(tài)特性差等固有缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)可靠運(yùn)行的需求。空心線圈電子式電流互感器由于測(cè)量品質(zhì)優(yōu)越，是一種理想的電磁式電流互感器替代產(chǎn)品，已經(jīng)在新一代智能變電站中得到了廣泛應(yīng)用。然而，空心線圈電子式電流互感器在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)暴露出容易受到強(qiáng)電磁干擾的問題。尤其是在GIS(氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備)變電站中，電氣設(shè)備之間距離較近，隔離開關(guān)分合操作引起的行波在傳播過程中衰減不明顯，行波傳播至外殼不連續(xù)處會(huì)發(fā)生多次折反射，會(huì)在線路上激起VFTO和VFTC(特快速暫態(tài)過電流)，經(jīng)空心線圈傳感至二次側(cè)，導(dǎo)致電子式互感器輸出波形出現(xiàn)嚴(yán)重畸變、毛刺，甚至互感器本身損壞的現(xiàn)象，影響了空心線圈電子式電流互感器在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的可靠性，危及了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前，電力行業(yè)對(duì)于VFTO干擾對(duì)電子式互感器影響水平尚未有規(guī)范性的判斷方法，因此，有必要建立一種VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器的影響模型，研究現(xiàn)場(chǎng)暫態(tài)強(qiáng)干擾下電子式互感器的輸出特性。在現(xiàn)有研究中，VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響模型大多偏重于一次線路和VFTO過程本身，對(duì)空心線圈電子式互感器的建模比較粗糙，一般沿用電感等效或集中參數(shù)模型，忽略了空心線圈在VFTO高頻暫態(tài)過程中傳變特性的變化，無法準(zhǔn)確反映空心線圈雜散參數(shù)的影響和局部諧振。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，包括以下步驟，步驟1，建模對(duì)象細(xì)分；根據(jù)建模對(duì)象中各個(gè)電氣設(shè)備在拓?fù)浜凸δ苌系南鄬?duì)獨(dú)立性，將建模對(duì)象細(xì)分為多個(gè)次級(jí)功能單元；步驟2，次級(jí)功能單元建模；根據(jù)不同次級(jí)功能單元的工作原理，分別建立它們的模型；步驟3，模型整合；根據(jù)各個(gè)次級(jí)功能單元之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)步驟2中建立的各個(gè)次級(jí)功能單元模型進(jìn)行整合；步驟4，整合后的模型求解；在整合后的模型中引入激勵(lì)和探針，設(shè)置仿真時(shí)間、步長(zhǎng)和初始狀態(tài)，執(zhí)行模型求解。建模對(duì)象為GIS變電站中某一出線側(cè)的全部電力設(shè)備，將建模對(duì)象細(xì)分為空心線圈電流互感器、隔離開關(guān)、其他電力設(shè)備和輔助設(shè)備。空心線圈電流互感器建模過程為，采用集中參數(shù)分段處理的方法，將空心線圈平均劃分為n個(gè)微單元，每個(gè)微單元有著與集中參數(shù)模型相似的電路結(jié)構(gòu)，微單元器件各參數(shù)為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的1/n，建立了空心線圈分布參數(shù)模型。確定微單元器件數(shù)量的方法為，采用枚舉比對(duì)的方法，在Multisim軟件中對(duì)比不同數(shù)量微單元分布參數(shù)模型的頻率特性，當(dāng)微單元數(shù)量超出臨界值后，微單元數(shù)量的變化不會(huì)引起頻率特性的變化，微單元數(shù)量即為該臨界值。根據(jù)氣體間隙擊穿模型和電弧熄滅模型的輸出來控制隔離開關(guān)的分合狀態(tài)，模擬氣體間隙的反復(fù)擊穿過程；氣體間隙擊穿的條件是：隔離開關(guān)刀閘間電壓不小于氣體間隙的臨界擊穿電壓；電弧熄滅的條件是：電流過零，且在過零時(shí)刻，隔離開關(guān)刀閘間電壓小于氣體間隙的臨界擊穿電壓。其他電力設(shè)備和輔助設(shè)備均采用集中參數(shù)進(jìn)行等效。整合各個(gè)次級(jí)功能單元模型的過程為，隔離開關(guān)與其他電力設(shè)備、隔離開關(guān)與輔助設(shè)備之間均存在電氣連接，用線路直接連接即可共同構(gòu)成一次側(cè)的模型；空心線圈電流互感器與一次電路之間存在電磁耦合，借助ATP-EMTP軟件中的TACS器件，建立起“電氣—信息—電氣”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一、二次側(cè)之間的等效連接。本專利技術(shù)所達(dá)到的有益效果：本專利技術(shù)可以更加準(zhǔn)確地反映空心線圈在VFTO高頻暫態(tài)過程中傳變特性的變化情況和線圈內(nèi)部的局部諧振，可實(shí)現(xiàn)VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響水平的計(jì)算，有利于優(yōu)化電子式互感器設(shè)計(jì)，從而提高空心線圈電子式互感器運(yùn)行的可靠性。附圖說明圖1為空心線圈典型結(jié)構(gòu)圖。圖2為空心線圈集中參數(shù)等效電路。圖3為空心線圈分布參數(shù)等效電路。圖4為隔離開關(guān)狀態(tài)判定邏輯。圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例中空心線圈樣品截面圖。圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例中得到的完整仿真模型。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本專利技術(shù)的技術(shù)方案，而不能以此來限制本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，包括以下步驟：步驟1，建模對(duì)象細(xì)分：根據(jù)建模對(duì)象中各個(gè)電氣設(shè)備在拓?fù)浜凸δ苌系南鄬?duì)獨(dú)立性，將建模對(duì)象細(xì)分為多個(gè)次級(jí)功能單元。本專利技術(shù)提出的建模方法用于模擬隔離開關(guān)暫態(tài)過程中空心線圈電流互感器的二次輸出情況，建模對(duì)象為GIS變電站中某一出線側(cè)的全部電力設(shè)備，將建模對(duì)象細(xì)分為空心線圈電流互感器、隔離開關(guān)、其他電力設(shè)備和輔助設(shè)備。步驟2，次級(jí)功能單元建模：根據(jù)不同次級(jí)功能單元的工作原理，分別建立它們的模型。A、空心線圈電流互感器建模。如圖1所示，為空心線圈的典型結(jié)構(gòu)，骨架截面為矩形，a、b、r0、h分別為骨架的內(nèi)半徑、外半徑、平均半徑和厚度，N為空心線圈匝數(shù)。當(dāng)被測(cè)電流的頻率不高時(shí)，空心線圈的等效電路見圖2。其中i是被測(cè)電流，u0為二次輸出，Lp、Ls、M分別為載流導(dǎo)體(一次線路)自感、空心線圈自感和二者的互感，Rs為空心線圈電阻，Rb為負(fù)載電阻，Cs為空心線圈與屏蔽層、回線之間的雜散電容，在空心線圈設(shè)計(jì)工作頻帶內(nèi)可忽略，空心線圈的匝間電容很小，可忽略。根據(jù)全電流定律和互感的定義，其中，為被測(cè)電流i在單匝線圈平面內(nèi)產(chǎn)生的磁通，ΨM為N匝線圈平面內(nèi)磁通形成的磁鏈；考慮趨膚效應(yīng)，近似計(jì)算空心線圈的電阻為，式中，d為漆包線直徑，γ為材料電導(dǎo)率，l為空心線圈繞線全長(zhǎng)，Δ為角頻率為ω信號(hào)的穿透深度，μ為材料磁導(dǎo)率；考慮漆包線在繞制過程中的扭曲，估算：根據(jù)全電流定律和自感的定義，計(jì)算空心線圈自感為：其中，i*為假想線圈繞線內(nèi)的電流，為假想電流i*在單匝線圈平面內(nèi)產(chǎn)生的磁通，ΨL為N匝線圈平面內(nèi)磁通形成的磁鏈。空心線圈電流互感器一般安裝在屏蔽盒內(nèi)，空心線圈與屏蔽層和回線之間的雜散電容在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)不可忽略，可采用有限元仿真的方法，在AnsoftMaxwell軟件中建立實(shí)物模型，計(jì)算雜散電容的數(shù)值解。從空心線圈自身出發(fā)，自感、電阻、雜散電容并不是以一種集中的形式來存在的，而是分布在繞線的每一個(gè)微小長(zhǎng)度上，每一個(gè)繞線微元都存在著自感、電阻和對(duì)屏蔽層、回線的雜散電容，它們隨著線圈的繞制而不斷累積，而電感等效或集中參數(shù)模型是無法體現(xiàn)這種分布特性的。在RCT設(shè)計(jì)工作頻帶內(nèi)，參數(shù)的分布特征對(duì)其特性的影響可忽略；但隔離開關(guān)分合過程中，VFTO(VFTC)的頻率可能達(dá)到數(shù)兆赫茲，參數(shù)的分布特征會(huì)有更加顯著的體現(xiàn)。空心線圈電流互感器建模具體過程如下：采用集中參數(shù)分段處理的方法，將空心線圈平均劃分為n個(gè)微單元，每個(gè)微單元有著與集中參數(shù)模型相似的電路結(jié)構(gòu)，微單元器件各參數(shù)為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的1/n，建立了空心線圈分布參數(shù)模型，具體見圖3。微單元數(shù)量會(huì)影響模型特性，微單元數(shù)量越多，模型的分布屬性越明顯，但模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和求解模型的計(jì)算量也會(huì)隨之增加，需合理設(shè)置微單元數(shù)量。采用枚舉比對(duì)的方法，在Multisim軟件中對(duì)比不同數(shù)量微單元分布參數(shù)模型的頻率特性，必然存在一個(gè)臨本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，其特征在于：包括以下步驟，步驟1，建模對(duì)象細(xì)分；根據(jù)建模對(duì)象中各個(gè)電氣設(shè)備在拓?fù)浜凸δ苌系南鄬?duì)獨(dú)立性，將建模對(duì)象細(xì)分為多個(gè)次級(jí)功能單元；步驟2，次級(jí)功能單元建模；根據(jù)不同次級(jí)功能單元的工作原理，分別建立它們的模型；步驟3，模型整合；根據(jù)各個(gè)次級(jí)功能單元之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)步驟2中建立的各個(gè)次級(jí)功能單元模型進(jìn)行整合；步驟4，整合后的模型求解；在整合后的模型中引入激勵(lì)和探針，設(shè)置仿真時(shí)間、步長(zhǎng)和初始狀態(tài)，執(zhí)行模型求解。

【技術(shù)特征摘要】
1.VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，其特征在于：包括以下步驟，步驟1，建模對(duì)象細(xì)分；根據(jù)建模對(duì)象中各個(gè)電氣設(shè)備在拓?fù)浜凸δ苌系南鄬?duì)獨(dú)立性，將建模對(duì)象細(xì)分為多個(gè)次級(jí)功能單元；步驟2，次級(jí)功能單元建模；根據(jù)不同次級(jí)功能單元的工作原理，分別建立它們的模型；步驟3，模型整合；根據(jù)各個(gè)次級(jí)功能單元之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)步驟2中建立的各個(gè)次級(jí)功能單元模型進(jìn)行整合；步驟4，整合后的模型求解；在整合后的模型中引入激勵(lì)和探針，設(shè)置仿真時(shí)間、步長(zhǎng)和初始狀態(tài)，執(zhí)行模型求解。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，其特征在于：建模對(duì)象為GIS變電站中某一出線側(cè)的全部電力設(shè)備，將建模對(duì)象細(xì)分為空心線圈電流互感器、隔離開關(guān)、其他電力設(shè)備和輔助設(shè)備。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，其特征在于：空心線圈電流互感器建模過程為，采用集中參數(shù)分段處理的方法，將空心線圈平均劃分為n個(gè)微單元，每個(gè)微單元有著與集中參數(shù)模型相似的電路結(jié)構(gòu)，微單元器件各參數(shù)為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的1/n，建立了空心線圈分布參數(shù)模型。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的VFTO對(duì)空心線圈電子式互感器影響的建模方法，其特征在于：確定...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙雙雙，盧樹峰，許鈞，李志新，陳剛，楊世海，徐敏銳，李紅斌，焦洋，胡琛，吳橋，陸子剛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，國(guó)家電網(wǎng)公司，國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司，華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32