[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

说明书

本申请提出了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，该方法包括：建立表征单相接地故障中电弧的电气量特征的数学模型，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，并设置定子铁心材料属性；构建边界条件，并在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，根据电弧的功率曲线调整模拟热源向三维模型输入的功率；在设置仿真步长和仿真时间后，通过有限元分析应用的暂态热仿真功能进行仿真，计算定子铁心的三维模型的温度分布和烧熔区域的尺寸。该方法可以定量化计算出不同故障电流和持续时间等条件下定子铁心的损伤程度，提高了计算电弧损伤的准确性。

技术领域

本申请涉及大型发电机的设计制造和电力系统主设备的继电保护技术领域，尤其涉及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。

背景技术

目前，定子单相接地故障是大型发电机定子绕组绝缘破坏最常见的故障，发电机发生该故障时，故障点产生的电弧会损伤定子铁心，过大的故障电流可能导致定子铁心被严重烧毁，维修成本高，停机时间长，进而带来较大的损失。近年来随着新增发电机单机容量的增大以及中性点经接地变高阻接地方式的广泛应用，发电机单相接地故障电流过大的问题变得越来越突出。

其中，定子铁心在单相接地故障中受到损伤的程度与故障电流的大小、故障的持续时间等因素相关，而对不同故障情况下的铁心损伤程度进行分析是确定故障电流安全范围以及调整继电保护配置等应对措施的参考依据，也是防止发电机铁心损伤过大的前提。

相关技术中，关于定子铁心电弧损伤的研究通常采用试验方法，比如，本领域中多个研究发电机的设计制造和电力系统设备保护的实验室和研究院等研究单位对接地故障安全电流值的大小都有不同的考虑。然而，上述通过试验的研究方式，因为所研究发电机的电压等级、铁心结构和绝缘材料等参数各不相同，所以得到的试验结论差异较大，电弧损伤计算的误差较大。并且，通过铁心烧损试验研究不仅费时费力，还无法模拟真实的通风冷却环境，也很难灵活调整铁心结构型式和接地故障位置，导致研究成本较高，不易于实施，很难在实际应用中大范围推广。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出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，该方法基于有限元计算，对发电机单相接地故障中定子铁心电弧烧损进行建模分析，可以定量化准确计算出不同单相接地故障电流、故障持续时间等条件下定子铁心的损伤程度。

本申请的第二个目的在于提出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；

本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

为达上述目的，本申请的第一方面实施例在于提出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，该方法包括以下步骤：

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。

可选地，在本申请的一个实施例中，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。