CN106992509B - 一种用于抑制vfto的叠层式母线导杆及抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于抑制VFTO的叠层式母线导杆，包括：内部电阻层、电感层和外部电阻层，所述内部电阻层，内侧为中心镂空区，外侧为电感层，与所述外部电阻层共同用于在特快瞬态过电压VFTO形成后，吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率；所述电感层，内侧为内部电阻层，外侧为外部电阻层，包括：磁环和高导介质，用于在工频条件下正常传输电流。本发明的有益效果在于：通过改变母线波阻抗的方式，增加该段母线杆的有功损耗，抑制行波的发展，从而达到降低VFTO的幅值和频率的目的，有助于提高一次设备的安全可靠运行，降低一次设备绝缘损坏风险，而且还将有助于二次检测设备的安全使用，提高电子式互感器等智能设备的可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及电网运维领域，并且更具体地，涉及一种用于抑制VFTO的叠层式母线导杆及抑制方法。
背景技术
特快瞬态过电压VFTO(Very Fast Transient Over-voltages,VFTO)是指波前时间3到100ns内的瞬态过电压，主要因为气体绝缘组合电器GIS(Gas InsulatedSwitchgear，GIS)中的隔离开关的操作等因素引起。当操作GIS的隔离开关时，由于触头移动速度比较缓慢，引起了触头间的数次预计穿和重击穿。在合闸过程中，导致触头之间的电压降低，之后发生类似于重合闸的击穿，出现了电压幅值较高的VFTO。另外，在分闸过程中，同样由于触头移动速度慢，触头间发生重击穿，也会出现类似于重合闸的现场，所以也会导致出现电压幅值较高的VFTO。由于波前较陡，幅值较高，VFTO很有可能会对GIS、绕组设备和变压器以及二次设备造成损害。VFTO上限频率可达到5MHz至40MHz，对GIS内部绝缘支撑件、盆式绝缘子及其它部件产生危害，特别是对通过油气套管与GIS相连接的变压器、电抗器危害更大。随着GIS电压等级的升高，一次设备相对绝缘裕度越低，VFTO存在所产生危害风险就越大。此外，VFTO对二次系统的危害也很严重。智能电网的建设使得越来越多的模拟信号被数字化，让二次弱电系统前移至一次设备附近，同时一次设备附近还安装了大量的监测设备。运行时发现，隔离开关操作产生的过电压是导致二次故障最主要原因之一，特别是安装在一次设备附近的二次设备故障率很高。
作为智能电网一次设备的特征之一的电子式互感器故障高，往往发生在二次系统，包括前置电路、采集卡及数据处理单元，造成死机、乱码或损毁等。一个重要的影响因素就是隔离开关操作产生的电磁干扰造成的，包括隔离开关操作导致的一次设备接地端瞬间地电位升高。
因此，需要一种母线导杆，以解决对VFTO进行抑制的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于抑制VFTO的叠层式母线导杆，以解决对VFTO进行抑制的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于抑制特快瞬态过电压VFTO的叠层式母线导杆，所述叠层式母线导杆包括：内部电阻层、电感层和外部电阻层，
所述内部电阻层，内侧为中心镂空区，外侧为电感层，与所述外部电阻层共同用于在VFTO形成后，吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率；
所述电感层，内侧为内部电阻层，外侧为外部电阻层，包括：磁环和高导介质，用于在工频条件下正常传输电流。
优选地，其中所述高导介质对称镶嵌在磁环中。
优选地，其中所述磁环为铁氧体材料，所述高导介质为氧化钼。
优选地，其中所述内部电阻层和外部电阻层均由无感阻尼电阻串联组成。
优选地，其中所述无感阻尼电阻通过嵌件或弹簧片与导电杆管电气连接。
根据本发明的另一个方面，提供了一种抑制VFTO的方法，所述方法包括：
在工频条件下，通过电感层传输电流，所述电感层包括：高导介质和磁环；
在VFTO形成后，通过内部电阻层和外部电阻层吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率。
优选地，其中所述高导介质对称镶嵌在磁环中。
优选地，其中所述磁环为铁氧体材料，所述高导介质为氧化钼。
优选地，所述内部电阻层和外部电阻层均由无感阻尼电阻串联组成。
优选地，所述无感阻尼电阻通过嵌件或弹簧片与导电杆管电气连接。
本发明的有益效果在于：
本发明的技术方案设计了一种消耗电子流能量的叠成式母线导电杆，用以抑制VFTO，通过改变母线波阻抗的方式，增加该段母线杆的有功损耗，抑制行波的发展，从而达到降低VFTO的幅值和频率的目的，有助于提高一次设备的安全可靠运行，降低一次设备绝缘损坏风险，而且还将有助于二次检测设备的安全使用，提高电子式互感器等智能设备的可靠运行。同时，该设计不仅可以对现有GIS管道进行改造，对新型GIS管道设计起到指导作用，而且该设计原理可以应用于避雷器套管中用于减小雷电波对一次设备绝缘的损坏。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的俯视图；
图2为VFTO形成的原理图；
图3为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的正视图；
图4为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的侧视图；以及
图5为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的原理图；
图6为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的等效电路图；
图7为根据本发明实施方式的抑制方法700的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的俯视图。如图1所示，所述用于抑制VFTO的叠层式母线导杆包括：中心镂空区1、磁环2、外部电阻层3、内部电阻层4和高导介质5，所述磁环和高导介质组成所述电感层。优选地，所述内部电阻层，内侧为中心镂空区，外侧为电感层，与所述外部电阻层共同用于在特快瞬态过电压VFTO形成后，吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率。
优选地，所述电感层，内侧为内部电阻层，外侧为外部电阻层，用于在工频条件下正常传输电流。优选地，所述高导介质对称镶嵌在磁环中。优选地，所述磁环为铁氧体材料，所述高导介质为氧化钼。优选地，所述内部电阻层和外部电阻层均由无感阻尼电阻串联组成，所述无感阻尼电阻通过嵌件或弹簧片与导电杆管电气连接。图3为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的正视图。图4为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的侧视图。
图2为VFTO形成的原理图。如图2所示，为VFTO形成的原理图，GIS中有两段母线，波阻抗分别为Z1和Z2，分别带电荷G1和G2，当开关k合闸时，电荷G1和G2要重新在母线上分配。由于GIS中良好的绝缘性能，母线电荷重新分配过程中，能量损耗很微弱，产生行波在母线两端折反射形成幅值很高、频率达5至40MHz的快速陡波过电压，即VFTO形成。
图5为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的原理图。如图5所示，在GIS中以叠层式母线导杆的形式改变一段母线导电杆的波阻抗，即电感L并联电阻R的形式，行波在残余电感段形成较高电压，其两端电阻在高电压作用下来吸收行波能量。磁环被切割成两个不完整半圆部分，在在两个半圆之间嵌入高导介质。与磁环特性一致，这种高导介质在工频条件下电阻值极小，随着频率的增加其感抗值极具越大，即电流在正常情况下通过这种高导介质传输，出现VFTO后由于其感抗过大，则进入阻抗较小的电阻棒内，由于其能量较小，因此被电阻棒吸收产生极小的有功损耗，则可以达到降低幅值和频率的作用。嵌入的高导介质与磁环材料不一样，两者的感抗变化幅值不同，一般情况下磁环为铁氧体材料，而高导介质采用氧化钼等材料，起到对普通磁环的改善作用。
图6为根据本发明实施方式的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆的等效电路图。如图6所示，叠层式母线导杆的感性物质L及电阻R是以分布参数元件实现的。L1代表磁环电感量；L2代表高导介质电感量；R1代表内部电阻棒电阻；R2代表外部电阻棒电阻。感性物质L增加了行波往返时间，即降低VFTO频率，同时提高电阻R端的电压，使得行波电荷流经R产生能耗。感性物质L及电阻R的参数根据抑制VFTO仿真计算结果而定。暂态过程计算，要考虑感性物质L的非线性。在本发明的实施方式中，R1电阻为10Ω，L2高导介质工频时电阻1Ω，随频率增加其阻抗呈递增趋势，当频率达到1MHz时呈现电阻值为100Ω。磁环为普通磁环，无特殊要求。根据仿真及实测结果可知，该设计方式下可将原GIS管道内的VFTO幅值吸收掉30％以上，其抑制VFTO的效果远优于目前的磁环。
此外，本发明的高导介质加磁环的设计原理不仅可以用于GIS内对VFTO的吸收，也可以在避雷器套管中用于吸收雷电波，即套管内部导电杆采用高导介质加磁环加电阻的叠压时结构设计。
图7为根据本发明实施方式的抑制方法700的流程图。如图7所示，所述抑制方法700用于对VFTO进行抑制，所述方法700从步骤101处开始，在步骤701在工频条件下，通过电感层传输电流，所述电感层包括：高导介质和磁环。优选地，其中所述高导介质对称镶嵌在磁环中。优选地，其中所述磁环为铁氧体材料，所述高导介质为氧化钼。
优选地，在步骤702在VFTO形成后，通过内部电阻层和外部电阻层吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率。优选地，所述内部电阻层和外部电阻层均由无感阻尼电阻串联组成。优选地，所述无感阻尼电阻通过嵌件或弹簧片与导电杆管电气连接。
本发明的实施例的用于抑制VFTO的叠层式母线导杆与本发明的另一个实施例的VFTO抑制方法700相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种用于抑制VFTO的叠层式母线导杆，其特征在于，所述叠层式母线导杆包括：内部电阻层、电感层和外部电阻层，
所述内部电阻层，内侧为中心镂空区，外侧为电感层，与所述外部电阻层共同用于在特快瞬态过电压VFTO形成后，吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率；
所述电感层，内侧为内部电阻层，外侧为外部电阻层，包括：磁环和高导介质，用于在工频条件下正常传输电流。
2.根据权利要求1所述的母线导杆，其特征在于，所述高导介质对称镶嵌在磁环中。
3.根据权利要求2所述的母线导杆，其特征在于，所述磁环为铁氧体材料，所述高导介质为氧化钼。
4.根据权利要求1所述的母线导杆，其特征在于，所述内部电阻层和外部电阻层均由无感阻尼电阻串联组成。
5.根据权利要求4所述的母线导杆，其特征在于，所述无感阻尼电阻通过嵌件或弹簧片与导电杆管电气连接。
6.一种利用如权利要求1所述的母线导杆抑制VFTO的方法，其特征在于，所述方法包括：
在工频条件下，通过电感层传输电流，所述电感层包括：高导介质和磁环；
在VFTO形成后，通过内部电阻层和外部电阻层吸收行波能量，增加母线导杆的有功损耗，降低VFTO的幅值和频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高导介质对称镶嵌在磁环中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述磁环为铁氧体材料，所述高导介质为氧化钼。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述内部电阻层和外部电阻层均由无感阻尼电阻串联组成。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无感阻尼电阻通过嵌件或弹簧片与导电杆管电气连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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