超高壓gis標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法
【專利摘要】本發明公開了超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，包括步驟：依據實際變電站GIS設備的結構尺寸與電氣接線，計算各元件的等值阻抗，并依據各元件的幾何尺寸計算仿真模型中斷路器、隔離開關與母線的波阻抗參數和波速參數；依據各元件的幾何尺寸與模型參數，利用ATP-EMTP軟件建立仿真模型；確定仿真模型的接線方式和標準雷電沖擊電壓波形參數；采用不同波頭的標準雷電沖擊電壓波對同一接線方式進行沖擊模擬；依據仿真結果確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數。該仿真模擬方法，可以克服現有技術中可靠性低、安全性差和經濟損失大等缺陷，以實現可靠性高、安全性好和經濟損失小的優點。
【專利說明】超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓電仿真【技術領域】，具體地，涉及超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法。
【背景技術】
[0002]氣體絕緣開關設備(Gas Insulated Switchgear,簡稱GIS)是特高壓電網中的重要組成設備之一，它將一座變電站中的斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、隔離開關、接地開關、母線、電纜終端、進出線套管等優化設計后分別裝在各自密封間中最后集中組裝在一個充以SF6作為絕緣介質的整體外殼中。自上世紀60年代末問世以來，在輸變電系統中得到了迅速發展，并占據著十分重要的地位。
[0003]GIS變電站一般為樞紐站，在電力系統中占有極其重要的地位。一旦遭受雷擊損壞，將會帶來大面積的停電事故，造成重大的經濟損失。變電站的雷害事故來自兩個方面:ー是雷直擊于變電站，ニ是雷擊輸電線路產生的雷電波沿線路侵入變電站。
[0004]依據目前GIS現場沖擊耐壓試驗中出現的ー些問題，人們對大型超高壓GIS設備沖擊耐壓試驗采用標準雷電沖擊電壓波時GIS內部各節點的作用電壓和電壓分布情況以及試驗波形下的耐壓考核等價性等問題提出了質疑。
[0005]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在可靠性低、安全性差和經濟損失大等缺陷。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于，針對上述問題，提出超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，以實現可靠性高、安全性好和經濟損失小的優點。
[0007]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，包括以下步驟:
步驟1:依據實際變電站GIS設備的結構尺寸與電氣接線，計算各元件的等值阻抗；并依據各元件的幾何尺寸計算仿真模型中斷路器、隔離開關與母線的波阻抗參數和波速參數；
步驟2:依據各元件的幾何尺寸與模型參數，利用ATP-EMTP軟件建立仿真模型；
步驟3:確定仿真模型的接線方式和標準雷電沖擊電壓波形參數；
步驟4:采用不同波頭的標準雷電沖擊電壓波對同一接線方式進行沖擊模擬；
步驟5:依據仿真結果確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數。
[0008]進ー步地，在步驟2中，所述仿真模型具體包括:
750kV GIS，采用3/2接線，包括母線1、母線I1、出線1、出線2、出線3、出線4、出線5、和出線6，其中母線1、母線II長度均為260m，每30m—個獨立氣室，氣室兩端設有支撐盆式絕緣子，氣室中間設有支柱絕緣子。
[0009]進ー步地，所述750kV GIS中各設備節點、隔離開關、斷路器兩端及絕緣子均為計算節點。
[0010]進ー步地，在步驟3中，所述接線方式包括:
方式1:出線I加壓，帶I母、II母，模擬出線1、I母、II母設備運行，其它設備停電；方式2出線I加壓，帶I母、II母、出線3-6，模擬出線1、出線3、出線4、出線5、出線6、I母、II母設備運行，其它設備停電；
方式3出線I加壓，帶I母、II母、出線3-4，模擬出線1、出線3、出線4、I母、II母設備運行，其它設備停電；
方式4出線3加壓，帶I母、II母，模擬出線3、I母、II母設備運行，其它設備停電；方式5出線3加壓，帶I母、II母、出線1-2，模擬出線1、出線2、出線3、I母、II母設備運行，其它設備停電；
方式6出線3加壓，帶I母、II母、出線1-2、5-6，模擬出線1、出線2、出線3、出線5、出線6、I母、II母設備運行，其它設備停電；
方式7出線5加壓，帶I母、II母，模擬出線5、I母、II母運行，其它設備停電；
方式8出線5加壓，帶I母、II母、出線1-2，模擬出線1、出線2、出線5、I母、II母設備運行，其它設備停電；
方式9出線5加壓，帶I母、II母、出線1-4，模擬出線1、出線2、出線3、出線4、出線5、I母、II母設備運行，其它`設備停電。
[0011]進ー步地，在步驟3中，所述標準雷電沖擊電壓的波頭分別為1.2聲'、3.75峰值為1680kV的正極性標準雷電沖擊電壓。
[0012]進ー步地，在步驟4中，所述采用不同波頭的標準雷電沖擊電壓波對同一接線方式進行沖擊模擬的操作，具體包括:
分別采用波頭為1.2"ぶ、3.75 flS^ 10 20 /IS,峰值為1680kV的正極性標準雷電沖擊電壓，分別對接線方式I和接線方式6進行雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬，記錄最大試驗電壓峰值和峰值出現的位置。
[0013]進ー步地，在步驟5中，所述依據仿真結果確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數的操作，具體包括:
依據對設備現場雷電沖擊耐壓試驗的要求，通過對典型的750kV GIS設備在不同波頭、不同施加電壓點和不同接線方式下設備各節點出現的最大試驗電壓值和分布進行仿真計算分析，確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓耐壓試驗參數。
[0014]進ー步地，在步驟5中，所述確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數的操作，具體包括:
確定波頭時間、和GIS設備安全尺寸；所述波頭時間大于等于8/U1，所述設備尺寸小于等于60mo
[0015]進ー步地，所述波頭時間為12JJS-15/JS0
[0016]本發明各實施例的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，由于包括步驟:依據實際變電站GIS設備的結構尺寸與電氣接線，計算各元件的等值阻抗，并依據各元件的幾何尺寸計算仿真模型中斷路器、隔離開關與母線的波阻抗參數和波速參數；依據各元件的幾何尺寸與模型參數，利用ATP-EMTP軟件建立仿真模型；確定仿真模型的接線方式和標準雷電沖擊電壓波形參數；采用不同波頭的標準雷電沖擊電壓波對同一接線方式進行沖擊模擬；依據仿真結果確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數；可以利用數值仿真軟件ATP-EMTP，模擬現場試驗對某750kV電站的GIS設備分別施加標準雷電沖擊電壓波，計算分析準雷電沖擊電壓波下GIS設備中波的傳播情況和各節點可能出現的最大電壓值，并對電壓波作用下的節點電壓情況進行比對分析；從而可以克服現有技術中可靠性低、安全性差和經濟損失大的缺陷，以實現可靠性高、安全性好和經濟損失小的優點。
[0017]本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。
[0018]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進ー步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]附圖用來提供對本發明的進ー步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中:
圖1為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中750kV GIS電站接線圖；
圖2為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中標準雷電沖擊電壓波形圖；
圖3為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式I電氣接線
圖；
圖4為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式4電氣接線
圖；
圖5為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式2電氣接線
圖；
圖6為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式3電氣接線
圖；
圖7為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式7電氣接線
圖；
圖8為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式6電氣接線
圖；
圖9為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式5電氣接線
圖；
圖10為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式8電氣接線圖；
圖11為本發明超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法中方式9電氣接線圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0021]針對現有技術中存在的問題，根據本發明實施例，如圖1-圖11所示，提供了超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法。該超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，利用數值仿真軟件ATP-EMTP，模擬現場試驗對某750kV電站的GIS設備分別施加標準雷電沖擊電壓波，計算分析準雷電沖擊電壓波下GIS設備中波的傳播情況和各節點可能出現的最大電壓值，并對電壓波作用下的節點電壓情況進行比對分析。
[0022]本實施例的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，包括以下步驟:
步驟1:依據實際變電站GIS設備的結構尺寸與電氣接線，計算各元件的等值阻杭，并依據各元件的幾何尺寸計算仿真模型中斷路器、隔離開關與母線的波阻抗參數和波速參數；
在步驟I中，依據所提供的750kV GIS設備的結構尺寸與電氣接線圖(如圖1所示)，計算各元件的等值阻抗，并依據幾何尺寸計算模型中斷路器、隔離開關與母線等設備的波阻抗、波速和參數參見表1和表2。
[0023]表1:GIS中各設備的模型參數
【權利要求】
1.超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1:依據實際變電站GIS設備的結構尺寸與電氣接線，計算各元件的等值阻杭；并依據各元件的幾何尺寸計算仿真模型中斷路器、隔離開關與母線的波阻抗參數和波速參數； 步驟2:依據各元件的幾何尺寸與模型參數，利用ATP-EMTP軟件建立仿真模型； 步驟3:確定仿真模型的接線方式和標準雷電沖擊電壓波形參數； 步驟4:采用不同波頭的標準雷電沖擊電壓波對同一接線方式進行沖擊模擬； 步驟5:依據仿真結果確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數。
2.根據權利要求1所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，在步驟2中，所述仿真模型具體包括: 750kV GIS，采用3/2接線，包括母線1、母線I1、出線1、出線2、出線3、出線4、出線5、和出線6，其中母線1、母線II長度均為260m，每30m—個獨立氣室，氣室兩端設有支撐盆式絕緣子，氣室中間設有支柱絕緣子。
3.根據權利要求2所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，所述750kV GIS中各設備節點、隔離開關、斷路器兩端及絕緣子均為計算節點。
4.根據權利要求1所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，在步驟3中，所述接線方式包括: 方式1:出線I加壓，帶I母、II母，模擬出線1、I母、II母設備運行，其它設備停電；方式2出線I加壓，帶I母、II母、出線3-6，模擬出線1、出線3、出線4、出線5、出線6、I母、II母設備運行，其它設備停電； 方式3出線I加壓，帶I母、II母、出線3-4，模擬出線1、出線3、出線4、I母、II母設備運行，其它設備停電； 方式4出線3加壓，帶I母、II母，模擬出線3、I母、II母設備運行，其它設備停電；方式5出線3加壓，帶I母、II母、出線1-2，模擬出線1、出線2、出線3、I母、II母設備運行，其它設備停電； 方式6出線3加壓，帶I母、II母、出線1-2、5-6，模擬出線1、出線2、出線3、出線5、出線6、I母、II母設備運行，其它設備停電； 方式7出線5加壓，帶I母、II母，模擬出線5、I母、II母運行，其它設備停電； 方式8出線5加壓，帶I母、II母、出線1-2，模擬出線1、出線2、出線5、I母、II母設備運行，其它設備停電； 方式9出線5加壓，帶I母、II母、出線1-4，模擬出線1、出線2、出線3、出線4、出線5、I母、II母設備運行，其它設備停電。
5.根據權利要求1或4所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，在步驟3中，所述標準雷電沖擊電壓的波頭分別為1.2
75 US\8 LU',峰值為l680kV的正極性標準雷電沖擊電壓。
6.根據權利要求5所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，在步驟4中，所述采用不同波頭的標準雷電沖擊電壓波對同一接線方式進行沖擊模擬的操作，具體包括: 分別采用波頭為1.2/?、3.75/W、8/M、10/^、20/^,峰值為1680kV的正極性標準雷電沖擊電壓，分別對接線方式I和接線方式6進行雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬，記錄最大試驗電壓峰值和峰值出現的位置。
7.根據權利要求1所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，在步驟5中，所述依據仿真結果確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數的操作，具體包括: 依據對設備現場雷電沖擊耐壓試驗的要求，通過對典型的750kV GIS設備在不同波頭、不同施加電壓點和不同接線方式下設備各節點出現的最大試驗電壓值和分布進行仿真計算分析，確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓耐壓試驗參數。
8.根據權利要求1或7所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，在步驟5中，所述確定實際GIS設備標準雷電沖擊電壓安全耐壓試驗參數的操作，具體包括: 確定波頭時間、和GIS設備安全尺寸；所述波頭時間大于等于5 US聽述設備尺寸小于等于60m。
9.根據權利要求8所述的超高壓GIS標準雷電沖擊電壓耐壓試驗仿真模擬方法，其特征在于，所述波頭時間為\2tUS
【文檔編號】G01R31/12GK103558527SQ201310565535
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】孫亞明, 溫定筠, 呂景順, 張世才, 王多, 張廣東, 胡春江, 王永平, 陳宏剛, 馮書安, 王維洲, 段軍紅, 張華峰, 韓旭杉 申請人:國家電網公司, 國網甘肅省電力公司, 國網甘肅省電力公司電力科學研究院