[发明专利]一种VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型

说明书

技术领域：

本发明属于电力系统GIS电站过电压防护领域，具体涉及一种VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型。

背景技术：

电力系统GIS(Gas-insulated Metal-enclosed Switchgear)中隔离开关操作会引起频率约为1MHz到100MHz、峰值最大可达2.5p.u.的特快速瞬态过电压(Very Fast transient Over-voltage,VFTO)。高幅值、陡波前的VFTO会威胁GIS内部设备及变压器等设备的绝缘。作为过电压的主要保护设备，金属氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester,MOA)在特快波前瞬态电压(VFTO)作用下的伏安特性和保护特性受到极大关注，它对VFTO电压下设备绝缘配合、避雷器参数选取以及数值仿真分析中的MOA模型均有重大影响。

近年来，国内外专家学者对陡波下MOA的伏安特性及电气模型做了大量的研究。BBC公司搭建了特快波前方波回路，研究了金属氧化物电阻片(Metal Oxide Varistors,MOV)形状对于伏安特性的影响；P.Valsalal对特快波前下MOV残压和放电电流时差和响应特性进行了研究。

基于试验结果，国内外专家学者综合了一定条件下MOV的伏安特性，提出了陡波下MOV的伏安特性模型，限于试验条件，模型适用范围主要集中在一定配方工艺制作的MOV，且电流波头时间在0.5μs～45μs的范围。IEC标准中提出了陡波作用下的一种非线性电阻的建议模型，将避雷器在标准雷电波下伏安特性的残压上浮5％～10％进行等值；IEEE第3.4.11工作组依据多方研究成果并对数据进行细致的提取和归纳，提出了广泛适用于电流波头时间在0.5μs～45μs时的MOV模型，称为IEEE推荐的模型；意大利学者PINCEITI对该模型中参数的确定方法及MOV的等值电容进行了简化，提出了PINCEITI模型；ABB公司(前BBC公司)结合MOV微观结构中ZnO晶粒和晶界的导电过程提出了一个特快波前作用下MOV等值计算模型，但未给出模型中参数的具体确定方法，无法得到具体实用。

综上，对于MOV在陡波冲击下的模型基本适用于电流波头时间在0.5μs～45μs内。由于MOV微观结构的复杂性，使其对外呈现的伏安特性受电阻片配方、工艺、作用电压幅值、波形、能量、温度等多因素影响，相应机理涉及物理、化学等多学科理论。且VFTO冲击电流波头时间在数十纳秒甚至数纳秒内，截至目前，基于我国MOV配方工艺的MOA在特快波前瞬态电压下的伏安特性、响应特性、阻抗特性等的研究还不完善，还无法提出在VFTO特快速瞬态冲击下，适合我国MOV特性的等值计算模型。

发明内容：

本发明的目的在于针对目前对VFTO下MOV特性研究的不足，提供了一种VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型，为GIS变电站VFTO下计算防护提供仿真计算参考模型。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型，包括线性电感、非线性电阻、线性电阻和线性电容；其中，线性电感和非线性电阻组成第一串联支路，线性电阻和线性电容组成第二串联支路，第一串联支路和第二串联支路组成并联支路，且并联支路的一端为低压端，另一端为高压端。

本发明进一步的改进在于：并联支路中非线性电阻和线性电容的连接点为低压端，线性电感和线性电阻的连接点为高压端。

本发明进一步的改进在于：线性电感表征放电电流峰值滞后于残余电压，对于紧凑型MOV试验装置，线性电感是MOV的本体电感。

本发明进一步的改进在于：非线性电阻为控制元件，表征在VFTO作用下MOV的V-I特性，为试验获得的VFTO下MOV的伏安特性。

本发明进一步的改进在于：线性电容描述放电电流峰值超前残余电压，是MOV的本体电容。

本发明进一步的改进在于：线性电阻为极化电阻，根据实验的阻抗转折电压和放电电流而求取。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

本发明提供的一种VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型，突破了VFTO作用下无有效可用的金属氧化物避雷器电阻片等值计算模型的局限，给出了VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型，并提供了模型中各个参数的具体确定方法，适用范围广泛，为GIS变电站VFTO下计算防护提供仿真计算参考模型。

附图说明：

图1为本发明一种VFTO作用下金属氧化物避雷器电阻片的电气等值模型的电路原理图；