变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法、设备及存储介质技术方案

变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法、设备及存储介质，涉及球隙火花开关领域，是针对现有技术中试验方法浪费人力、物力和时间的问题所提出，通过试验获得某一直径的球隙火花开关最大工作电压范围时的电极间距及工作电压上限、工作电压下限值；通过计算机仿真软件计算得出与不同型号避雷器配合的球隙火花开关的直径以及主间隙距离；建立定量直径D0及主间隙距离H0的球隙火花开关有限元仿真模型；建立变量直径D

【技术实现步骤摘要】
变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及球隙火花开关领域，特别是涉及一种变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]我国110kV、220kV电力系统中存在变压器中性点部分接地运行方式，与中性点不接地运行方式相比，部分接地运行方式主要有三个优点：零序保护实现可靠简单；单相接地故障电流对断路器的遮断容量限制小；受通讯干扰影响小。但当输电系统发生不对称短路(单相接地故障)、非全相运行或者雷击杆塔与输电线路等故障时，在中性点不接地变压器的中性点上会有很大的过电压，严重威胁变压器中性点绝缘，因此采取相对应的保护措施是十分必要的。对于中性点不接地变压器的中性点绝缘的保护，目前我国实际工程中应用最为普遍的方法是避雷器并联棒
‑
棒间隙组合式保护。过电压幅值大于变压器中性点绝缘击穿及避雷器额定电压，让保护间隙动作。过电压幅值小于变压器中性点绝缘击穿及避雷器额定电压，保护间隙及避雷器都不动作。过电压幅值大于变压器中性点绝缘击穿电压，但作用时间较短，只需避雷器动作，即要求保护间隙在避雷器的残压下不动作。
[0003]由于棒
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棒间隙冲击系数远远大于1(冲击系数＝冲击击穿电压/工频稳态击穿电压)，故常用避雷器并联棒
‑
棒间隙。理想状态下，通过上述配合，能够保证变压器中性点绝缘性能不被破坏。但在系统实际运行过程中，由于每个系统的复杂性和特殊性、保护间隙击穿电压的分散性，保护间隙与避雷器经常出现配合错误，具体表现为以下两种情况：一是当系统单相接地且系统失地时，棒
‑
棒保护间隙拒动作，导致中性点避雷器发生爆炸或变压器中性点绝缘击穿；二是当线路发生单相接地故障且系统不失地时，棒
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棒保护间隙误动作，导致变压器二次侧跳闸，负荷侧失电。氧化锌避雷器(MOA)本身并不存在应用问题，避雷器并联间隙的配合问题是由捧－捧间隙造成的。为克服棒
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棒间隙缺陷，相关学者提出了一些解决方案，如采用羊角型间隙替代棒棒间隙；用冲击系数更大的棒
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板
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棒间隙替代棒
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棒间隙；用气水间隙替代棒棒间隙等，但以上方法都存在一定的局限性。
[0004]有学者提出的新型可控间隙(球隙火花开关)代替棒
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棒间隙的方案有望彻底解决变压器中性点保护难题，其设计方案严格限定保护间隙和避雷器的作用和动作特性，以过电压作用于变压器中性点的时间长短及是否稳定来重新划分过电压的类型，使避雷器仅对雷电过电压、工频暂态过电压和操作过电压等短时过电压起保护作用，而保护间隙仅对故障引发的工频稳态过电压及非全相运行而引发的谐振过电压起保护作用。新型放电间隙的总体方案如图2，由过电压类型识别单元、触发脉冲形成单元及触发放电球隙火花开关组成。过电压类型识别单元检测到中性点出现幅值较高的工频过电压时，触发脉冲单元形成触发脉冲，控制球隙火花开关导通，保护变压中性点绝缘及避雷器；检测到幅值较低的工频过电压及幅值更高但持续时间较短的冲击电压时，触发脉冲形成单元不产生触发脉冲，球隙火花开关不导通。
[0005]我国电力系统中，不接地变压器中性点保护用避雷器型号繁多，不同型号避雷器的额定工频电压及雷电冲击电压残压存在较大区别，110kV变压器中性点保护用避雷器包括48/109、60/144、72/186等型号，220kV系统中变压器中性点所使用的避雷器包括100/260、146/320等型号。保证球隙开关在幅值较低的略小于避雷器额定工频电压的电压下触发击穿，在幅值较高的略高于避雷器残压的电压下不自然击穿，是新型可控放电球隙实现预定功能的关键，即要求球隙火花开关的工作电压上限应略大于与其配合的避雷器冲击电压残压，工作电压下限应略小于与其配合的避雷器额定工频电压。为减小球隙开关放电电压的分散性，增大其工作可靠性，应保证球间为稍不均匀场电场。对于确定直径的球隙，电极间距在一定范围内时，电极间为稍不均匀电场，即一定直径的球隙开关存在电极间距上限(存在工作电压上限)。所以，与不同参数避雷器组合构成过电压抑制系统的球隙火花开关的直径不同。可以通过制作多种直径球隙火花开关，开展大量试验的方法确定与不同参数避雷器配合的球隙火花开关的直径。
[0006]考虑到试验方法浪费人力、物力和时间，本专利研究一种新的与不同型号避雷器构成变压器中性点过电压抑制系统的球隙火花开关直径的确定方法。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法、设备及存储介质，可以解决现有技术中试验方法浪费人力、物力和时间的问题。
[0008]本专利技术采用的技术方案一在于：
[0009]变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1，通过试验获得球隙火花开关最大工作电压范围时的电极间距及工作电压上限、工作电压下限值；
[0011]设计球隙火花开关的触发电路、开关本体并搭建整个球隙火花开关实验回路，绘制自然击穿电压随主间隙距离变化曲线，绘制触发放电电压值随主间隙距离变化曲线，将自然击穿电压随主间隙距离变化曲线以及触发放电电压值随主间隙距离变化曲线绘制在同一个坐标系内，求得所述球隙火花开关最大工作电压范围，确定最大工作电压范围对应的主间隙距离H0、工作电压上限U
max0
、工作电压下限U
min0
的具体数值；
[0012]步骤S2，通过计算机仿真软件计算得出与不同型号避雷器配合的球隙火花开关的直径以及主间隙距离；
[0013]建立定量直径D0及主间隙距离为H0的球隙火花开关有限元仿真模型；
[0014]建立变量直径D
n
及主间隙距离为H的球隙火花开关有限元仿真模型；
[0015]H
n'
最终得出该型号避雷器适配球隙火花开关的直径，以及主间隙距离。
[0016]进一步地，所述步骤S1，通过试验获得球隙火花开关最大工作电压范围时的电极间距及工作电压上限、工作电压下限值的实施方法为：
[0017]设计直径为125mm的球隙火花开关的触发电路、开关本体并搭建整个球隙火花开关实验回路；
[0018]进行直径为125mm的球隙火花开关自然击穿实验，求得不同主间隙距离下击穿电压值，绘制自然击穿电压随主间隙距离变化曲线；
[0019]进行直径为125mm的球隙火花开关20％放电概率的触发放电实验，求得不同主间隙距离下触发放电电压值，绘制触发放电电压值随主间隙距离变化曲线；
[0020]将两个曲线绘制在同一个坐标系内，所述两个曲线指的是自然击穿电压随主间隙距离变化曲线以及触发放电电压值随主间隙距离变化曲线；求得直径为125mm的球隙火花开关最大工作电压范围，确定最大工作电压范围对应的主间隙距离H0、工作电压上限U<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，通过试验获得球隙火花开关最大工作电压范围时的电极间距及工作电压上限、工作电压下限值；设计球隙火花开关的触发电路、开关本体并搭建整个球隙火花开关实验回路，绘制自然击穿电压随主间隙距离变化曲线，绘制触发放电电压值随主间隙距离变化曲线，将自然击穿电压随主间隙距离变化曲线以及触发放电电压值随主间隙距离变化曲线绘制在同一个坐标系内，求得所述球隙火花开关最大工作电压范围，确定最大工作电压范围对应的主间隙距离H0、工作电压上限U
max0
、工作电压下限U
min0
的具体数值；步骤S2，通过计算机仿真软件计算得出与不同型号避雷器配合的球隙火花开关的直径以及主间隙距离；建立定量直径D0及主间隙距离为H0的球隙火花开关有限元仿真模型；建立变量直径D
n
及主间隙距离为H的球隙火花开关有限元仿真模型；最终得出该型号避雷器适配球隙火花开关的直径，以及主间隙距离。2.根据权利要求1所述的变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法，其特征在于，所述步骤S1，通过试验获得球隙火花开关最大工作电压范围时的电极间距及工作电压上限、工作电压下限值的实施方法为：设计直径为125mm的球隙火花开关的触发电路、开关本体并搭建整个球隙火花开关实验回路；进行直径为125mm的球隙火花开关自然击穿实验，求得不同主间隙距离下击穿电压值，绘制自然击穿电压随主间隙距离变化曲线；进行直径为125mm的球隙火花开关20％放电概率的触发放电实验，求得不同主间隙距离下触发放电电压值，绘制触发放电电压值随主间隙距离变化曲线；将两个曲线绘制在同一个坐标系内，所述两个曲线指的是自然击穿电压随主间隙距离变化曲线以及触发放电电压值随主间隙距离变化曲线；求得直径为125mm的球隙火花开关最大工作电压范围，确定最大工作电压范围对应的主间隙距离H0、工作电压上限U
max0
、工作电压下限U
min0
的具体数值。3.根据权利要求2所述的变压器中性点过电压抑制系统球隙火花开关直径确定方法，其特征在于，所述步骤S2，通过计算机仿真软件计算得出与不同型号避雷器配合的球隙火花开关的直径以及主间隙距离的实施方法为：在计算机有限元仿真软件中，建立定量直径D0及主间隙距离H0的球隙火花开关有限元仿真模型；赋值接地电极与触发电极0电位，高压电极为U
min0
，通过仿真得到该球隙火...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂洪岩，王鹏飞，王洪鑫，姚远航，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：