一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法与流程

本发明涉及高压建模仿真领域，更具体地说，涉及一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法。

背景技术：

由于高压电弧的特殊性，如电弧形成复杂、涉及物理和化学等领域、燃弧和熄弧时间存在一定的随机性等，导致数值计算的研究方法比较复杂，计算量太大，同时具体试验也缺少相应试验环境。在这样的前提下，利用计算机相关软件对具体问题进行建模仿真，这样的方法相比较之下更加容易，具有操作方便、贴合实际情况等优点。

但随着电力系统的发展，如今越来越多的研究人员发现建模仿真的结果与实际试验的结果差别远超误差允许的范围，主要原因可能包括：(1)对单次燃弧的仿真比较符合实际，但该方法却无法实现多次燃弧；(2)对电弧的形成和发展过程不够了解，进而简单的处理，如用时控开关的反复开断来模拟电弧的重复起弧和熄弧的过程；(3)对电弧的形成和发展过程考虑得太复杂，进而在仿真模型的选择上复杂化处理，如采用涉及流体和热的多物理场耦合的三维电弧模型，看似精确却大大加大了计算的难度，而且实际结果与实测结果并没有十分符合。

可见，目前高压电弧仿真模型仿真还在沿用以前的时控开关模型和单次燃弧模型，但随着电力系统的发展这些模型和参数已经无法满足目前的需求，这就直接导致无法较为精确的模拟电弧燃弧和熄弧的完整过程，且根据前人经验和模型得到的仿真结果与实际差别较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提出一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：设计一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法，包括以下步骤：

step1，确定电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律；

step2，利用step1的逻辑判断规律进行高压电弧仿真。

在上述方案中，在所述步骤step1中，电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律原理为同时满足以下两个条件则判断电弧燃弧，否则判断电弧熄弧，两个条件分别为：1)t时刻断口电压大于介质恢复电压；2)t时刻电弧电流小于截流值，或者t时刻电弧电流与前一时刻电流乘积小于零。高压开关的电弧电流过零时电弧才有可能熄灭，若此时高压开关的两侧电压差足够大电弧可能重燃。

在上述方案中，在所述步骤step1中，电弧燃弧、熄弧的逻辑判断过程包括以下步骤：1)输入原始数据，即高压开关开合动作前两端的电压差。在分闸情况下该原始数据为零，在合闸情况下存在电压差。2)建立或更新计算条件，该计算条件为用来确定某时刻的击穿电压ub(t)。ub(t)与环境参数、开关发展时刻t有关，所以必须时刻更新。3)计算间隙电压δu和临界击穿电压ub(t)；4)判断δu是否大于等于ub(t)，判断结果为否则返回步骤2)，判断结果为是则跳转至步骤5)；5)计算单次特快速暂态过电压vfto；6)判断电弧电流是否过零，判断结果为否则返回步骤5)，判断结果为是则跳转至步骤7)；7)判断分合闸过程是否结束，判断结果为否则返回步骤2)，判断结果为是则结束。

在上述方案中，所述步骤step2包括以下步骤：1)，明确电弧所用的场合为空气绝缘的敞开式开关设备或气体绝缘金属封闭开关设备；2)，确定涉及的电压等级；3)，根据电路的环境确定弧道电阻的数值；4)，结合所述步骤step1的逻辑判断规律与固定的弧道电阻来模拟高压开关电弧的反复重燃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明有效解决针对高压电弧多次重燃问题进行仿真分析时因对电弧的等效模型和参数不确定而一味依赖现有模型和经验参数所带来的仿真结果与实际差别较大的问题。

2、本发明具有建模方法简单、模型直观可靠、参数选择合理等特点。

3、本发明提高仿真结果的可靠性，避免反复的仿真和试验调整，节约大量人力、物力、财力，提高工作效率和工作效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律的原理示意图；

图2为电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律的流程示意图；

图3为本发明实施例基于逻辑判断获得的电弧模型；

图4为本发明实施例中仿真得到的电弧燃弧电压波形图；

图5为本发明实施例中实测电弧燃弧电压波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法，其包括以下步骤：

step1，确定电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律。如图1所示，电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律原理为同时满足以下两个条件则判断电弧燃弧，否则判断电弧熄弧，两个条件分别为：1)t时刻断口电压大于介质恢复电压；2)t时刻电弧电流小于截流值，或者t时刻电弧电流与前一时刻电流乘积小于零。高压开关的电弧电流过零时电弧才有可能熄灭，若此时高压开关的两侧电压差足够大电弧可能重燃。如图2所示，电弧燃弧、熄弧的逻辑判断过程包括以下步骤：1)输入原始数据，即高压开关开合动作前两端的电压差。在分闸情况下该原始数据为零，在合闸情况下存在电压差。2)建立或更新计算条件，该计算条件为用来确定某时刻的击穿电压ub(t)。ub(t)与环境参数、开关发展时刻t有关，所以必须时刻更新。3)计算间隙电压δu和临界击穿电压ub(t)；4)判断δu是否大于等于ub(t)，判断结果为否则返回步骤2)，判断结果为是则跳转至步骤5)；5)计算单次特快速暂态过电压vfto；6)判断电弧电流是否过零，判断结果为否则返回步骤5)，判断结果为是则跳转至步骤7)；7)判断分合闸过程是否结束，判断结果为否则返回步骤2)，判断结果为是则结束。

step2，利用step1的逻辑判断规律进行高压电弧仿真。所述步骤step2包括以下步骤：1)，明确电弧所用的场合为空气绝缘的敞开式开关设备或气体绝缘金属封闭开关设备；2)，确定涉及的电压等级；3)，根据电路的环境确定弧道电阻的数值；4)，结合所述步骤step1的逻辑判断规律与固定的弧道电阻来模拟高压开关电弧的反复重燃，获得的电弧模型如图3所示。

本发明实施例子以gis隔离开关为例，建立gis隔离开关在二维仿真电路中的电弧等效模型和确定相关参数。首先，建立电弧模型，包括电弧熄灭判断模型、电弧重燃判断模型、开关分合判断模型。其次，进行二维仿真，根据所建立的电弧模型，放在仿真电路中。最后，结果分析，本发明仿真结果和实测结果如图4和图5所示，对比两个图可以知道，本发明提供的一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法，可以很好的模拟实际的电弧发展情况。

附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于逻辑判断的高压开关电弧仿真方法，其包括以下步骤：Step1，确定电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律；Step2，利用Step1的逻辑判断规律进行高压电弧仿真。电弧燃弧、熄弧的逻辑判断规律原理为同时满足以下两个条件则判断电弧燃弧，否则判断电弧熄弧，两个条件分别为：1)t时刻断口电压大于介质恢复电压；2)t时刻电弧电流小于截流值，或者t时刻电弧电流与前一时刻电流乘积小于零。本发明有效解决针对高压电弧多次重燃问题进行仿真分析时因对电弧的等效模型和参数不确定而一味依赖现有模型和经验参数所带来的仿真结果与实际差别较大的问题。

技术研发人员：成林;刘翔;梁轶峰;沈杨;邓小聘;童悦;代静;汪英英
受保护的技术使用者：国网陕西省电力公司电力科学研究院;中国电力科学研究院;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司
技术研发日：2018.09.21
技术公布日：2019.01.15