[发明专利]用于单相接地故障的定子铁心电弧烧损的建模分析方法

权利要求书

1.一种用于单相接地故障的定子铁心电弧烧损的建模分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立表征单相接地故障中电弧的电气量特征的数学模型，通过所述数学模型计算电弧的功率曲线；

在有限元分析应用中建立定子铁心的三维模型，并设置所述三维模型的定子铁心材料属性；

根据所述定子铁心的工作环境构建边界条件，并在所述三维模型中预设的故障点处设置输入功率可控的模拟热源以模拟电弧产热，根据所述电弧的功率曲线调整所述模拟热源向所述定子铁心的三维模型输入的功率；

在设置仿真步长和仿真时间后，通过所述有限元分析应用的暂态热仿真功能进行仿真，计算所述定子铁心的三维模型的温度分布和烧熔区域的尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定子铁心材料属性包括密度、比热容、导热系数和焓值,所述设置所述三维模型的定子铁心材料属性包括：

将硅钢材料的焓值特性曲线录入所述三维模型中，以设置所述定子铁心发生相变时的吸收潜热。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述定子铁心的三维模型的温度分布和烧熔区域的尺寸,包括：

通过暂态热仿真计算发生单相接地故障后不同时间点下所述定子铁心的三维模型的温度分布，将温度大于所述硅钢材料的熔点的区域确定为所述烧熔区域；

定量计算出所述烧熔区域的尺寸，并根据不同时间点下所述烧熔区域的尺寸生成所述定子铁心的三维模型的烧熔体积随时间变化的曲线。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过以下公式表示所述表征单相接地故障中电弧的电气量特征的数学模型：

τ(g)＝ag^m

p(g)＝bgⁿ

其中，g为电弧电导，t为时间，u_a为电弧电压，i_a为电弧电流，τ(g)为时间常数，p(g)为耗散功率，a、b、m和n为根据定子所处设备的电路确定的约束参数。

5.根据权利要1所述的方法，其特征在于，所述模拟热源的类型包括面热源，所述面热源的直径与绝缘损坏处电弧灼烧出的坑洞洞径的量级相对应。

6.根据权利要1所述的方法，其特征在于，所述仿真时间为单相接地保护正常动作下电弧的持续时间，所述设置仿真时间，包括：根据定子所处设备的单相接地保护动作时间和灭磁时间计算仿真时间。

7.一种用于单相接地故障的定子铁心电弧烧损的建模分析系统，其特征在于，包括：

计算模块，用于建立表征单相接地故障中电弧的电气量特征的数学模型，通过所述数学模型计算电弧的功率曲线；

第一设置模块，用于在有限元分析应用中建立定子铁心的三维模型，并设置所述三维模型的定子铁心材料属性；

第二设置模块，用于根据所述定子铁心的工作环境构建边界条件，并在所述三维模型中预设的故障点处设置输入功率可控的模拟热源以模拟电弧产热，根据所述电弧的功率曲线调整所述模拟热源向所述定子铁心的三维模型输入的功率；

仿真模块，用于在设置仿真步长和仿真时间后，通过所述有限元分析应用的暂态热仿真功能进行仿真，计算所述定子铁心的三维模型的温度分布和烧熔区域的尺寸。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述定子铁心材料属性包括密度、比热容、导热系数和焓值,所述第一设置模块，具体用于：

将硅钢材料的焓值特性曲线录入所述三维模型中，以设置所述定子铁心发生相变时的吸收潜热。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述仿真模块，具体用于：

通过暂态热仿真计算发生单相接地故障后不同时间点下所述定子铁心的三维模型的温度分布，将温度大于所述硅钢材料的熔点的区域确定为所述烧熔区域；

定量计算出所述烧熔区域的尺寸，并根据不同时间点下所述烧熔区域的尺寸生成所述定子铁心的三维模型的烧熔体积随时间变化的曲线。

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的用于单相接地故障的定子铁心电弧烧损的建模分析方法。