超高压gis标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法
【专利摘要】本发明公开了超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，包括步骤：依据实际变电站GIS设备的结构尺寸与电气接线，计算各元件的等值阻抗，并依据各元件的几何尺寸计算仿真模型中断路器、隔离开关与母线的波阻抗参数和波速参数；依据各元件的几何尺寸与模型参数，利用ATP-EMTP软件建立仿真模型；确定仿真模型的接线方式和标准雷电冲击电压波形参数；采用不同波头的标准雷电冲击电压波对同一接线方式进行冲击模拟；依据仿真结果确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验参数。该仿真模拟方法，可以克服现有技术中可靠性低、安全性差和经济损失大等缺陷，以实现可靠性高、安全性好和经济损失小的优点。
【专利说明】超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压电仿真【技术领域】，具体地，涉及超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法。
【背景技术】
[0002]气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)是特高压电网中的重要组成设备之一，它将一座变电站中的断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、隔离开关、接地开关、母线、电缆終端、进出线套管等优化设计后分别装在各自密封间中最后集中组装在一个充以SF6作为绝缘介质的整体外壳中。自上世纪60年代末问世以来，在输变电系统中得到了迅速发展，并占据着十分重要的地位。
[0003]GIS变电站一般为枢纽站，在电力系统中占有极其重要的地位。一旦遭受雷击损坏，将会带来大面积的停电事故，造成重大的经济损失。变电站的雷害事故来自两个方面:ー是雷直击于变电站，ニ是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电站。
[0004]依据目前GIS现场冲击耐压试验中出现的ー些问题，人们对大型超高压GIS设备冲击耐压试验采用标准雷电冲击电压波时GIS内部各节点的作用电压和电压分布情况以及试验波形下的耐压考核等价性等问题提出了质疑。
[0005]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在可靠性低、安全性差和经济损失大等缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，针对上述问题，提出超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，以实现可靠性高、安全性好和经济损失小的优点。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，包括以下步骤:
步骤1:依据实际变电站GIS设备的结构尺寸与电气接线，计算各元件的等值阻抗；并依据各元件的几何尺寸计算仿真模型中断路器、隔离开关与母线的波阻抗參数和波速參数；
步骤2:依据各元件的几何尺寸与模型參数，利用ATP-EMTP软件建立仿真模型；
步骤3:确定仿真模型的接线方式和标准雷电冲击电压波形參数；
步骤4:采用不同波头的标准雷电冲击电压波对同一接线方式进行冲击模拟；
步骤5:依据仿真结果确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数。
[0008]进ー步地，在步骤2中，所述仿真模型具体包括:
750kV GIS，采用3/2接线，包括母线1、母线I1、出线1、出线2、出线3、出线4、出线5、和出线6，其中母线1、母线II长度均为260m，每30m—个独立气室，气室两端设有支撑盆式绝缘子，气室中间设有支柱绝缘子。
[0009]进ー步地，所述750kV GIS中各设备节点、隔离开关、断路器两端及绝缘子均为计算节点。
[0010]进ー步地，在步骤3中，所述接线方式包括:
方式1:出线I加压，带I母、II母，模拟出线1、I母、II母设备运行，其它设备停电；方式2出线I加压，带I母、II母、出线3-6，模拟出线1、出线3、出线4、出线5、出线6、I母、II母设备运行，其它设备停电；
方式3出线I加压，带I母、II母、出线3-4，模拟出线1、出线3、出线4、I母、II母设备运行，其它设备停电；
方式4出线3加压，带I母、II母，模拟出线3、I母、II母设备运行，其它设备停电；方式5出线3加压，带I母、II母、出线1-2，模拟出线1、出线2、出线3、I母、II母设备运行，其它设备停电；
方式6出线3加压，带I母、II母、出线1-2、5-6，模拟出线1、出线2、出线3、出线5、出线6、I母、II母设备运行，其它设备停电；
方式7出线5加压，带I母、II母，模拟出线5、I母、II母运行，其它设备停电；
方式8出线5加压，带I母、II母、出线1-2，模拟出线1、出线2、出线5、I母、II母设备运行，其它设备停电；
方式9出线5加压，带I母、II母、出线1-4，模拟出线1、出线2、出线3、出线4、出线5、I母、II母设备运行，其它`设备停电。
[0011]进ー步地，在步骤3中，所述标准雷电冲击电压的波头分别为1.2声'、3.75峰值为1680kV的正极性标准雷电冲击电压。
[0012]进ー步地，在步骤4中，所述采用不同波头的标准雷电冲击电压波对同一接线方式进行冲击模拟的操作，具体包括:
分别采用波头为1.2"ぶ、3.75 flS^ 10 20 /IS,峰值为1680kV的正极性标准雷电冲击电压，分别对接线方式I和接线方式6进行雷电冲击电压耐压试验仿真模拟，记录最大试验电压峰值和峰值出现的位置。
[0013]进ー步地，在步骤5中，所述依据仿真结果确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数的操作，具体包括:
依据对设备现场雷电冲击耐压试验的要求，通过对典型的750kV GIS设备在不同波头、不同施加电压点和不同接线方式下设备各节点出现的最大试验电压值和分布进行仿真计算分析，确定实际GIS设备标准雷电冲击电压耐压试验參数。
[0014]进ー步地，在步骤5中，所述确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数的操作，具体包括:
确定波头时间、和GIS设备安全尺寸；所述波头时间大于等于8/U1，所述设备尺寸小于等于60mo
[0015]进ー步地，所述波头时间为12JJS-15/JS0
[0016]本发明各实施例的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，由于包括步骤:依据实际变电站GIS设备的结构尺寸与电气接线，计算各元件的等值阻抗，并依据各元件的几何尺寸计算仿真模型中断路器、隔离开关与母线的波阻抗參数和波速參数；依据各元件的几何尺寸与模型參数，利用ATP-EMTP软件建立仿真模型；确定仿真模型的接线方式和标准雷电冲击电压波形參数；采用不同波头的标准雷电冲击电压波对同一接线方式进行冲击模拟；依据仿真结果确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数；可以利用数值仿真软件ATP-EMTP，模拟现场试验对某750kV电站的GIS设备分别施加标准雷电冲击电压波，计算分析准雷电冲击电压波下GIS设备中波的传播情况和各节点可能出现的最大电压值，并对电压波作用下的节点电压情况进行比对分析；从而可以克服现有技术中可靠性低、安全性差和经济损失大的缺陷，以实现可靠性高、安全性好和经济损失小的优点。
[0017]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0018]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进ー步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图用来提供对本发明的进ー步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中750kV GIS电站接线图；
图2为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中标准雷电冲击电压波形图；
图3为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式I电气接线
图；
图4为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式4电气接线
图；
图5为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式2电气接线
图；
图6为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式3电气接线
图；
图7为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式7电气接线
图；
图8为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式6电气接线
图；
图9为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式5电气接线
图；
图10为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式8电气接线图；
图11为本发明超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法中方式9电气接线图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]针对现有技术中存在的问题，根据本发明实施例，如图1-图11所示，提供了超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法。该超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，利用数值仿真软件ATP-EMTP，模拟现场试验对某750kV电站的GIS设备分别施加标准雷电冲击电压波，计算分析准雷电冲击电压波下GIS设备中波的传播情况和各节点可能出现的最大电压值，并对电压波作用下的节点电压情况进行比对分析。
[0022]本实施例的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，包括以下步骤:
步骤1:依据实际变电站GIS设备的结构尺寸与电气接线，计算各元件的等值阻杭，并依据各元件的几何尺寸计算仿真模型中断路器、隔离开关与母线的波阻抗參数和波速參数；
在步骤I中，依据所提供的750kV GIS设备的结构尺寸与电气接线图(如图1所示)，计算各元件的等值阻抗，并依据几何尺寸计算模型中断路器、隔离开关与母线等设备的波阻抗、波速和參数參见表1和表2。
[0023]表1:GIS中各设备的模型参数
【权利要求】
1.超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤1:依据实际变电站GIS设备的结构尺寸与电气接线，计算各元件的等值阻杭；并依据各元件的几何尺寸计算仿真模型中断路器、隔离开关与母线的波阻抗參数和波速參数； 步骤2:依据各元件的几何尺寸与模型參数，利用ATP-EMTP软件建立仿真模型； 步骤3:确定仿真模型的接线方式和标准雷电冲击电压波形參数； 步骤4:采用不同波头的标准雷电冲击电压波对同一接线方式进行冲击模拟； 步骤5:依据仿真结果确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数。
2.根据权利要求1所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，在步骤2中，所述仿真模型具体包括: 750kV GIS，采用3/2接线，包括母线1、母线I1、出线1、出线2、出线3、出线4、出线5、和出线6，其中母线1、母线II长度均为260m，每30m—个独立气室，气室两端设有支撑盆式绝缘子，气室中间设有支柱绝缘子。
3.根据权利要求2所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，所述750kV GIS中各设备节点、隔离开关、断路器两端及绝缘子均为计算节点。
4.根据权利要求1所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，在步骤3中，所述接线方式包括: 方式1:出线I加压，带I母、II母，模拟出线1、I母、II母设备运行，其它设备停电；方式2出线I加压，带I母、II母、出线3-6，模拟出线1、出线3、出线4、出线5、出线6、I母、II母设备运行，其它设备停电； 方式3出线I加压，带I母、II母、出线3-4，模拟出线1、出线3、出线4、I母、II母设备运行，其它设备停电； 方式4出线3加压，带I母、II母，模拟出线3、I母、II母设备运行，其它设备停电；方式5出线3加压，带I母、II母、出线1-2，模拟出线1、出线2、出线3、I母、II母设备运行，其它设备停电； 方式6出线3加压，带I母、II母、出线1-2、5-6，模拟出线1、出线2、出线3、出线5、出线6、I母、II母设备运行，其它设备停电； 方式7出线5加压，带I母、II母，模拟出线5、I母、II母运行，其它设备停电； 方式8出线5加压，带I母、II母、出线1-2，模拟出线1、出线2、出线5、I母、II母设备运行，其它设备停电； 方式9出线5加压，带I母、II母、出线1-4，模拟出线1、出线2、出线3、出线4、出线5、I母、II母设备运行，其它设备停电。
5.根据权利要求1或4所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，在步骤3中，所述标准雷电冲击电压的波头分别为1.2
75 US\8 LU',峰值为l680kV的正极性标准雷电冲击电压。
6.根据权利要求5所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，在步骤4中，所述采用不同波头的标准雷电冲击电压波对同一接线方式进行冲击模拟的操作，具体包括: 分别采用波头为1.2/?、3.75/W、8/M、10/^、20/^,峰值为1680kV的正极性标准雷电冲击电压，分别对接线方式I和接线方式6进行雷电冲击电压耐压试验仿真模拟，记录最大试验电压峰值和峰值出现的位置。
7.根据权利要求1所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，在步骤5中，所述依据仿真结果确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数的操作，具体包括: 依据对设备现场雷电冲击耐压试验的要求，通过对典型的750kV GIS设备在不同波头、不同施加电压点和不同接线方式下设备各节点出现的最大试验电压值和分布进行仿真计算分析，确定实际GIS设备标准雷电冲击电压耐压试验參数。
8.根据权利要求1或7所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，在步骤5中，所述确定实际GIS设备标准雷电冲击电压安全耐压试验參数的操作，具体包括: 确定波头时间、和GIS设备安全尺寸；所述波头时间大于等于5 US听述设备尺寸小于等于60m。
9.根据权利要求8所述的超高压GIS标准雷电冲击电压耐压试验仿真模拟方法，其特征在于，所述波头时间为\2tUS
【文档编号】G01R31/12GK103558527SQ201310565535
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】孙亚明, 温定筠, 吕景顺, 张世才, 王多, 张广东, 胡春江, 王永平, 陈宏刚, 冯书安, 王维洲, 段军红, 张华峰, 韩旭杉 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 国网甘肃省电力公司电力科学研究院