[發明專利]一種接地網網內電勢差問題計算方法

在審

• 申請號: 201611159931.1
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106814284A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 李謙;陳懷飛;文豹;李純;姚彤;李少東;鄭智慧;倪陽;羅子秋;付萬璋;嚴靖;杜新宇;張益庚;文習山
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司電力科學研究院;武漢大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R31/02
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司42220
• 代理人: 朱必武

技術領域

本發明屬于電力系統接地網網內電勢差分析領域。適用于電力系統發生不對稱故障的情況下，入地故障電流產生的散流網內電勢差和導通網內電勢差的計算分析。

背景技術

接地起著系統接地、保護接地、防雷接地和防靜電接地的作用，是電力系統安全運行的基礎保障。隨著我國電力工業的迅猛發展，電力系統的容量不斷提高，不對稱短路故障電流也越來越大，這給變電站接地網設計提出了更嚴格的要求。我國接地規程對變電站接地網的電位升(GPR)高要求為5kV，并同時規定“經過采取一定安全措施之后可以再繼續提高GPR的允許值”。IEEE的接地規程并沒有對GPR作明確的要求，而更強調均衡電位。有文獻指出，系統發生短路時設備的外殼和芯線的電位將同時升高，作用在設備絕緣層上的電壓并非GPR，故把GPR作為接地系統設計的控制條件并不合理。

現代變電站中有大量的信號電纜和低壓供電電纜就近與接地網相連。當電力系統發生不對稱短路故障時，接地網上的電位分布呈現不均勻性，屏蔽層可能由于兩端接地而燒毀。另外，變電站內許多儀器的接地端與接地網相連，接地網上不同點之間的電位差可能引發儀器誤動。因此有必要深入研究接地網網內電勢差問題。

發明內容

為了解決以往對網內電勢差研究更集中在二次系統設備和電纜耐壓方面，對網內電勢差問題研究不深的問題，本發明提出了一種接地網網內電勢差問題的計算方法，為電力系統接地設計提供參考，提高電力系統安全運行水平。

為實現此目的，本發明所采用的技術方案是：一種接地網網內電勢差問題計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)分析站內外故障時網內電勢差的組成部分；

站內故障時網內電勢差的分量由三部分組成：散流網內電勢差、回流網內電勢差和分流網內電勢差，回流網內電勢差和分流網內電勢差均為電流從地網一端注入再從另一端流出的情況，故統稱為“導通網內電勢差”，回流/分流網內電勢差數值上等于兩端口間導通阻抗乘以回流/分流電流；

(2)建立散流網內電勢差和導通網內電勢差的理論模型；

定義編號節點m電壓V_m和節點n電壓V_n，由于支路導體足夠稠密，可以近似認為支路p電壓U_p等于m和n電壓的平均值：

U_p＝0.5(V_m+V_n)(1)

式(1)寫成矩陣形式有：

U＝KV(2)

式(2)中，U為支路電壓列向量，V是節點電壓列向量，K是支路-節點關聯矩陣；當支路p與節點q相連時有K(p,q)＝0.5，否則為0；

由接地理論有，支路散流電流I為：

I＝SU(3)

式(3)中，S為支路散流陣；

設r為導體根數，支路散流電流可以等分到與之相連的兩個節點，此時節點q的散流電流J(q)為：

式(4)寫成矩陣形式有：

J＝K′I(5)

式(5)中J為節點散流電流列向量，K′是K的轉置；

記F為節點電流向量，運用電網絡分析理論有：

F–J＝YV(6)

式(6)中，Y是節點導納矩陣，綜合(2)～(6)式整理就有：

F＝(K′SK+Y)V(7)

接地網的節點導納矩陣Y的格式如下：

Y＝AZ^–1A′(8)

式(8)中，A是關聯矩陣，A′是A的轉置矩陣，Z是接地網導體的支路阻抗矩陣；當支路p和節點m關聯且p的方向背離m，則A(m,p)＝1；當支路p和節點m關聯且p的方向指向m，則A(m,p)＝–1；當支路p和節點m不關聯時，A(m,p)＝0；Z的格式為：

Z(p,c)＝jωM(p,c),m≠n(10)

其中，j為虛數單位，Z(p,p)是導體p的內阻抗，ω是角頻率，μ_c和σ_c分別是p的磁導率和電導率，a是p的等效半徑，I₀和I₁分別是修正的第一類零階和第一類一階貝賽爾函數，Z(p,c)和M(p,c)分別是導體p和導體c之間的互阻抗和互感；M(p,c)的表達式如下：

式(11)中，μ₀為真空磁導率，θ_pc是導體p和導體c之間的夾角；