基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，基于GIS系统中的环流和暂态对地电位升高的产生机理的基础上，采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型，进而构建等值模型，进行仿真，得到GIS相间环流和地网环流的幅值与接地点之间的关系曲线，根据关系曲线确定外壳环流和TGPR的影响因素。本发明专利技术有利于电网保护和控制调节。

Modeling and analysis method of circulating current and transient potential elevation of GIS shell based on PEEC method

The invention discloses a method of modeling and analysis of GIS shell increased circulation and transient ground potential based on PEEC method, based on the mechanism of GIS system in the circulation and increase of transient ground potential on the establishment of the GIS bus and the shell using the PEEC model, simulation and construct equivalent model, get the relation curve. The amplitude of GIS and between the circulation and the circulation network and ground, determine the factors affecting housing circulation and TGPR according to the curve. The invention is beneficial to the protection and control of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法
本专利技术涉及一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法。
技术介绍
近年来，气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，GIS)凭借结构紧凑、体积小、占地少、运行可靠、维护任务轻及对环境污染少等显著优点，成为了电力系统中不可或缺的一部分。但是GIS系统组成部件之间距离较近，各元件之间的电磁耦合强烈，当隔离开关、断路器等进行断开和闭合操作时，GIS中会存在快速暂态过程。在GIS内产生的这种暂态波，具有短时延和高频率的特征，这些暂态波的上升时间为纳秒级，频率可以达到上百兆赫兹，通过电磁感应作用，表现为母线套管上幅值和频率极高的过电压，在GIS金属外壳上产生陡度很大的暂态环流，而且含有频率极高的谐波分量。除此之外，由于GIS中产生的暂态环流具有高频、超高频分量，而GIS的布置不可能与接地电流注入点的距离一致，会引起GIS的TGPR(TransientGroundingPotentialRise)效应，可能对二次侧的监控、测量设备产生电磁干扰，造成系统误动作，成为电力系统正常稳定运行的巨大隐患。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，本专利技术采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型，根据构建的模型进行分析，能够有效抑制外壳环流和有效抑制TGPR。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，基于GIS系统中的环流和暂态对地电位升高的产生机理的基础上，采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型，进而构建等值模型，进行仿真，得到GIS相间环流和地网环流的幅值与接地点之间的关系曲线，根据关系曲线确定外壳环流和TGPR的影响因素。进一步的，GIS系统中的快速暂态过电压的波形由电弧的形成时间决定，即触头间隙从开始发生电荷游离到完全击穿导通所需要的时间，该时间数值越小，快速暂态过电压的波形越陡。进一步的，GIS系统中的TGPR产生原因主要包括：一是由GIS内的SF6介质相比于空气来说电气强度很高，但是一旦被击穿，其电气强度将会瞬间下降，电压急剧上升，极易在整个系统内引发高频振荡，引起暂态接地电位升高现象；二是母线上的电压较高，离地间隙较短，导致空气间隙的击穿，从而引起电位升高；三是当进行断路器或隔离开关操作时，电弧重燃导致两触头间的气体被击穿；四是用于无功补偿或电压调整的外部集中电容器放电所引起暂态接地电位升高；最后一种是高频电流波在外壳断口处产生多次反射，从而引起很高的电压。进一步的，采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型时，将被研究对象分割成足够小的微元，计算各个微元的自、互电感和自、互电容，根据物体的实际结构构建出具体的电路模型，使用电路分析的方法计算等效电路，从而实现对研究对象电磁耦合关系的分析。进一步的，将把PEEC模型视为一个多端口电路模型，与传统电路模型相连接，从而实现把PEEC模型的适用范围由微型电路扩展到多导体大尺寸电磁系统的目标。进一步的，构建GIS母线的PEEC模型时，母线在通过交流电信号时，在母线中会出现趋肤效应，电荷集中在母线外表面位置，利用空心导电杆代替实心的导线，进而计算趋肤深度，在对母线进行PEEC法等效时，选取高小于趋肤深度的长方形元胞作为单位元胞，在这些元胞中，认为电荷密度是均匀的，计算出单位元胞的自感值，在母线的元胞划分中，不同元胞的空间位置为空间平行，以计算出互感值，将自感值与互感值相加，得到GIS母线的电感值。进一步的，构建GIS外壳的PEEC模型时，将外壳划分为长方体元胞，依次计算长方体元胞的自感值，视不同元胞的空间位置为空间平行，以计算出互感值，将自感值与互感值相加，得到GIS外壳的电感值。进一步的，构建接地体模型，根据接地网由多根接地体连接成网络状，忽略接地体之间的耦合，形成接地体的Π型等效电路。进一步的，在GIS金属外壳上按相同间隔取多个接地点，计算每一相接地段的感应电流值与接地位置的关系，得到地网环流值与接地位置之间的关系呈现U型曲线，在中间的接地位置取得最小值。进一步的，减小相间距离、增加外壳半径或/和增加接地点数量能够有效抑制外壳环流。进一步的，GIS母线的外壳至少有一点是接地的，且该接地线与地网相连接，以降低壳体上的暂态电位。进一步的，调整接地点位置、降低接地电感值、增加接地点数或/和加装避雷器能够有效抑制TGPR。进一步的，在GIS套管处安装接地装置对接地点以及各点的TGPR有抑制作用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术构建模型的过程简单，且构建出的模型能够反映电力系统的真实情况，对建立安全、智能电网有重要作用；2.本专利技术采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型，并以此为基础进行仿真、分析，得到了有效抑制外壳环流和有效抑制TGPR的措施，为电网保护和控制调节提供了支持。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术单元PEEC模型示意图；图2为本专利技术中GIS母线划分示意图；图3为本专利技术中集GIS外壳划分示意图；图4为本专利技术接地体等效电路示意图；图5为本专利技术的GIS外壳环流等效电路示意图；图6为本专利技术的接地位置与环流值关系示意图；图7为本专利技术的接地位置与相间环流关系示意图；图8为本专利技术的相间距离与环流关系示意图；图9为本专利技术的外壳半径与环流关系示意图；图10为本专利技术的接地间距与环流关系示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在GIS系统组成部件之间距离较近，各元件之间的电磁耦合强烈，当隔离开关、断路器等进行断开和闭合操作时，GIS中会存在快速暂态过程。在GIS内产生的这种暂态波，具有短时延和高频率的特征，这些暂态波的上升时间为纳秒级，频率可以达到上百兆赫兹，通过电磁感应作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，其特征是：基于GIS系统中的环流和暂态对地电位升高的产生机理的基础上，采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型，进而构建等值模型，进行仿真，得到GIS相间环流和地网环流的幅值与接地点之间的关系曲线，根据关系曲线确定外壳环流和TGPR的影响因素。

【技术特征摘要】
1.一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，其特征是：基于GIS系统中的环流和暂态对地电位升高的产生机理的基础上，采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型，进而构建等值模型，进行仿真，得到GIS相间环流和地网环流的幅值与接地点之间的关系曲线，根据关系曲线确定外壳环流和TGPR的影响因素。2.如权利要求1所述的一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，其特征是：GIS系统中的快速暂态过电压的波形由电弧的形成时间决定，即触头间隙从开始发生电荷游离到完全击穿导通所需要的时间，该时间数值越小，快速暂态过电压的波形越陡。3.如权利要求1所述的一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，其特征是：减小相间距离、增加外壳半径或/和增加接地点数量能够有效抑制外壳环流。4.如权利要求1所述的一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，其特征是：调整接地点位置、降低接地电感值、增加接地点数或/和加装避雷器能够有效抑制TGPR。5.如权利要求1所述的一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高建模与分析方法，其特征是：采用PEEC法建立GIS母线和外壳的模型时，将被研究对象分割成足够小的微元，计算各个微元的自、互电感和自、互电容，根据物体的实际结构构建出具体的电路模型，使用电路分析的方法计算等效电路，从而实现对研究对象电磁耦合关系的分析。6.如权利要求1所述的一种基于PEEC法的GIS外壳环流和暂态地电位升高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，吕学宾，于芃，裴英，孙学锋，王涛，宁尚元，王世坤，杨磊，李思毛，巩方伟，李鑫，郑春旭，陈文栋，魏建莉，王军，陈泰羽，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司淄博供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37