國際上基于數值仿真計算金屬氧化物避雷器的研究進展

趙冬一，李 凡，湯 霖

（1.深圳ABB銀星避雷器有限公司，廣東深圳 518110；2.國家高低壓電器質量監督檢驗中心，甘肅天水 741018；3.中國電力科學研究院，武漢 4300741）

0 引言

從1967年日本松下電器開創MOA（metal-oxide surge arresters，MOA）技術的新紀元以來[1]，歷經40多年的光輝歷程。MOA已經成為電力系統絕緣配合和過電壓保護的主要裝置。特別是隨著特高壓交、直流輸電工程的建設，MOA技術的發展已經到了一個新的水平[2-5]。數值仿真計算技術在MOA的研究發展中起到了十分重要的作用[6]。

基于MOA及其核心元件MOV（metal oxide varistors，MOV）的研究及實際工程技術數值計算的要求，需要二類仿真模型：1）限制暫態（或暫時）電壓時的計算模型。2）正常工作時的計算模型。因為MOV具有高非線性電阻特性以及其電阻、電容、介電常數都隨溫度、電場變化而變化，是一個非常復雜的多物理耦合場。自上個世紀80年代，國際上專家、學者開始用數值仿真計算技術研究MOA[7-8]。經過近40年的發展，取得了很多成果。

筆者從3個方面對此進行綜述：1）基于等效電路模型的數值仿真計算；2）基于電、機械與熱的兩或多物理量（場）耦合的MOV數值仿真計算；3）整只MOA的電場、溫度場或多物理場耦合的數值仿真計算。

1 基于等效電路模型的MOA數值仿真計算

基于電力系統設計、分析的需要，當系統有非線性電阻的MOA時，通常在暫態網絡分析系統中加入其等效電路模型。常見的等效電路模型見圖1[9-12]。

圖1 不同用途的MOA等效電路模型Fig.1 Equivalent circuit model for different purposes of MOA

一般情況下，在預擊穿區域采用直流U-I的特性來校驗等效電路模型，而在翻轉區域，采用沖擊電流（例如：8/20 μs等）特性來校驗等效電路模型。……