电网中最简单的一种保护电器高压限流熔断

第43卷2007年6月3日收稿日期2006-11-28修订日期2007-02-09作者简介周婷1981-男硕士高压技术高压限流研究工作<动态仿真与数值@k7@的过电压计算> 周亭毛六明e湖南省电力试验研究所湖南长沙明第103-0203-03号摘要高压限流短路试验系统熔断器用作研究对象。建立动态仿真模型来模拟熔断器的熔合过程。建立了电磁暂态过程计算的数值计算模型。采用半隐式和半显式格式的算法对熔断器的开断过电压进行分析计算。过电压波形的仿真波形和计算波形均与实际测试波形基本一致，充分证明了两种方法的正确性。线性电路过电压的解决方案及电磁暂态过程的计算熔断器 用于保护电路中的电气设备。高压电流限制熔断器 与高压负载开关相结合。组合电器也可以用在短路容量较小的网络中，代替昂贵的高压断路器使用高压限流熔断器，通过在启动前熄灭电弧来限制短路电流。故障电流达到最大值快速切断故障电流的本质是其电阻值迅速增大，以减小故障电流的幅值和持续时间。由于电路中电感的存在，在熔断器电阻快速增大的过程中熔断器两个端子会产生远高于系统电压的电弧电压，对被保护设备产生反应并可能损坏电路中的一些其他重要设备。以此为基础研究保护电路中其他设备 1.开断过电压的产生机理。高压限流熔断器分断过程中产生的过电压机制如图1所示熔断器短路测试电路图显示，当开关闭合时，电路方程为熔断器 之前的 UUS 不动作。短路电流在短路初期继续上升。当熔体的温度升高到其熔点时，熔体会迅速熔化 [3] 熔体的电阻会迅速增加，导致电路中的短路电流由原来的上升变为迅速下降。电流的变化率变为负值。过压[3]高压限流熔断器熔断过程的电压和电流波形如图所示为熔断时间[4]从图2可以清楚地看出电路熔断器在短路电流达到最大值之前已经闭合。截止有效地限制了电路中短路电流的大小，但同时产生的过电压可能对电路中的其他设备造成损坏。威胁2动态仿真以高压限流熔断器短路测试为例203··第43卷2007年6月3日用于模拟实际测试电路的动态仿真模块如图3所示。 Lw为尾端电抗器的电抗，取值为002Ω。相 RJD 为接地电阻。它为发电机的中性点提供接地电位。电阻值为612Ω。 MOA1 和 MOA2 用于限制过电压。大小使测试线电流等于预期的最大开断电流熔断器 CS-RS是调频器件，是电容和电阻的串联，其作用是使预期的瞬态恢复电压达到符合相关标准要求的线路熔断器为熔断器根据实际测试电路建立的仿真电路模型如图4和图4所示。仿真电路中接入三相对称电源与超暂态电抗串联代替脉冲发生器的合闸开关进行试验。理想的开关加上定时器，用来代替通过定时器控制合闸时间。所有电抗都用电感表示。 MOA1 和 MOA2 由仿真元件库中的避雷器模块代替。所有电感上的并联电阻 R 是为模拟需要而添加的非常大的电阻。 103kΩ的作用是保证含有MOA开关等非线性元件的仿真电路正常工作。熔断器在熔断过程中，它表现为非线性电阻，其阻值Rf在熔断过程中随时间变化。熔合过程。 @>熔断过程中时间电阻特性的拟合采用分段线性化方法，用3个线性电阻模拟熔断过程中电阻的变化大小开关的开合、装修装修工程合同、施工工程合同、股权转让合同、租赁合同、样板购房合同、样板协议均由定时器控制[5-8]根据测试要求设置好仿真电路中所有元器件的参数后测得可以模拟过电压波形高压限流熔断器开断过电压研究，实际测试如图5所示。过电压峰值为图5所示的模拟过电压波形。过电压峰值用实线表示。错误为 473 位。

直接数值计算模型的建立与计算 高压限流熔断器短路试验的三相电路数值建模会使后续计算变得相当繁琐。 RS支路对熔断器支路的影响很小，所以建模时可以忽略CS-RS支路，将原来的三相电路简化为图6所示电路分析电源US 电压为原三相电路MOA无间隙氧化锌避雷器中交流两相线电压，熔断器为非线性元件 MOA非线性U-I曲线和熔断器非线性R-t曲线的处理可以采用分段线性化法或分段曲线拟合法，但后者的精度要高于前者，能更真实地反映非线性特性，使过电压的计算更准确。 MOA的U-I曲线分为3段，每段拟合指数函数IKUβ。 熔断器的非线性R-t曲线也分为3段，每段用指数函数RAtα[9]拟合，等效值如图6所示电路的方程是非线性微分方程组。对于非线性微分方程组的求解，采用半隐半显格式算法。基本公式如下。 @熔断器～图2 高压限流熔断器熔断过程电压电流波形图流过的电流熔断器I分断过电压U短路电流ik图高压限流熔断器短路测试电路图高压电流限流熔断器短路测试等效仿真电路图过压波形动态仿真实际实验曲线仿真计算曲线图6高压限流熔断器短路测试等效数值计算电路ii′熔断器MOA2～-204··第43卷2007年6月3日Δt[I-Δt×a×"f"Yn]-1×[×Δt×"f"tn]3LnΔt[I-Δt×a×"f"Yn]-1×[fYnb×× Δta×Δtדf”tn]4 其中 I 是单位矩阵 a95b-8n 是 tn 时刻的变量值 Δt 是时间步“f” Y 是右函数 f 的偏导数称为矩阵。半隐式和半显式方法不仅具有显式求解时无需迭代直接递归的优点，而且具有隐式方法易于收敛、稳定性不受步长影响的特点。大小，该方法为三阶方法。精度能更好地满足工程计算的要求。如果与外推法相结合，可以提高一阶精度。电路方程如方程 5 所示。MOA 和 熔断器 的非线性模型被带入方程。算法编程计算得到的熔断器熔断器过压波形如图7实线所示。实际测试最大过压过压波形如图7中虚线所示。两者的最大误差为'dti'·-i''·'t0"05, 其中φ为电源电压。 4 结果及误差分析 动态仿真和数值计算得到的过电压波形与实际实验室相同 得到的波形相对一致，最大误差不超过5。两种方法各有特点。动态仿真建模简单直观，无需人工编程即可自动求解电路的各种状态变量。软件本身高压限流熔断器开断过电压研究，非线性仿真与实际存在一定偏差，该算法对电路参数的仿真更准确，更接近实际，但参数er计算、建模、列出、编写电路方程、编写和修改程序的工作量比较大，每种方法都有自己的误差源，而动态仿真的误差主要来自于熔断器 线性化的误差阻力和并行大阻力算法使仿真顺利进行主要来自计算步长的选择。步长太大或太小都可能增加误差。 5 结语作者分别采用动态模拟和数值计算。该计算方法用于计算高压限流熔断器的分断过电压。计算得到的过电压波形与短路试验熔断器的实际开断过电压波形比较接近，证明了这两种方法的正确性。对于其他非线性电路过电压的求解和电磁暂态过程的计算，采用以上两种方法来预测高电压极限的开断过电压熔断器，可以替代熔断器的短路测试@>，减少人力物力的浪费 参考文献[1][C][2]--[J]0130-36[3]王集美高压交流熔断器[M]西安西'交通大学出版社2000[4]--[C]-214[5]张志勇大师版[M]北京航空航天大学出版社2004[6]中林旺丰仿真技术与应用教程[M]北京国防工业出版社2004[7][M]梁衡、刘晓燕译，北京电子工业出版社2002[8]电力系统电磁暂态计算理论[M]北京水利电力出版社1991[9]文远方梁玉瑾兆宇仪使用MOV作为变压器内绕组保护的实验研究[J]中文J电机工程学报-101 [10] 陈哲, 文元芳, 卢国军, 等. 变压器涌流数值计算与动态仿真[J] 高压技术-14图算法数值计算过电压波形实际实验曲线模拟计算曲线欢迎投稿，欢迎订阅，欢迎评论，欢迎打广告205··