[发明专利]GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电气工程领域中过电压分析与建模技术，尤其涉及一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模方法。

背景技术

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，GIS)具有结构紧凑、占地省、易于维护等优点，在110kV及以上电网中得到了广泛应用，高压交流输电系统也越来越多地采用了GIS设备。GIS变电站中，断路器、隔离开关和接地开关操作以及发生单相接地短路故障都会产生特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage，VFTO)，其中隔离开关操作是其产生的主要原因。VFTO具有幅值高、波前陡、频率高和多次连续脉冲的特点，对GIS及其连接的绕组类设备(如变压器)绝缘有重要影响；同时，它也会在GIS外壳与外部引线连接处产生瞬态壳体电位(transient enclosure voltage，TEV)，引起二次设备绝缘和人身安全问题，并对测量控制设备产生电磁干扰，造成二次设备的误动作。因此，VFTO已成为国内外研究人员关注的焦点。

针对GIS的产品设计，20世纪80年代开始国外一些厂商对超高压系统中隔离开关操作产生的VFTO现象进行了大量研究，设计了VFTO测量系统，采用模拟试验和数字仿真方法分析VFTO的特性、对设备绝缘的影响和对二次设备的电磁干扰等，提出了隔离开关加装阻尼电阻抑制VFTO的措施。近年来，国内外对于VFTO研究的受损对象主要是变压器等一次电气设备及其绝缘水平评价问题，相关研究成果的主要贡献集中在适用于快速暂态过电压的元件模型(如避雷器、隔离开关电弧模型、电压互感器模型等)、快速暂态过电压计算等方面。最近，文献开展了GIS电压互感器的传递过电压试验研究，通过一套集B类冲击波的产生、控制及测量为一体的试验装置，得出了GIS电压互感器的传递过电压具有线性传递特性的结论，但是国内外对于电压互感器(Potential Transformer,PT)二次侧高频过电压危害的研究较少以及缺少相应仿真模型缺失等问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题：提供一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，以解决现有技术GIS变电站对于电压互感器(Potential Transformer,PT)二次侧高频过电压危害的研究较少以及缺少相应仿真模型缺失等问题。

本发明技术方案：

一种GIS变电站VFTO分析的电压互感器电磁暂态建模分析方法，它包括：

步骤1、利用PSCAD/EMTDC软件自定义功能，完成母线电压互感器电磁暂态模型构建；

步骤2、将母线电压互感器电磁暂态模型利用单相变压器T型等效电路转换为Γ型等效电路的原理，构建了一个互感器传递函数；实现当一次侧通入兆赫兹级的高频信号耦合到二次侧电缆芯线上；

步骤3、该母线电压互感器电磁暂态模型通过一个电流电压特性曲线表，模拟互感器饱和特性。

步骤1所述母线电压互感器电磁暂态模型由3个单相3绕组变压器模型UMEC构成。

步骤2所述的构建一个互感器传递函数的表达式为：

式中：R、L、C_PS分别为电压互感器的电阻、电感、电容，C_P和C_S分别为一次侧和二次侧的对地电容，R_h和L_h分别为铁磁损耗电阻和激励电感，则V_s＝kV’_s，k为互感器变比；R＝R_p+kR_s；R＝R_p+kR_s；C_s＝kC’_s。

步骤3所述特性曲线表实现10个离散点的线性函数模拟电压互感器的非线性饱和特性。