[發明專利]一種沖擊暫態過程中變電站內二次電纜過電壓的計算方法

有效

• 申請號: 201810191307.2
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108387770B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 張波;何金良;蒙泳昌;曾蠑;胡軍;余占清;莊池杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R23/16
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 戴鳳儀

本發明公開了一種沖擊暫態過程中變電站內二次電纜過電壓的計算方法，將位于電纜溝內的長電纜分成多個小段，采用π形等效電路模型；長電纜首末端鎧裝層直接與地網相連，而電纜中間每一小段則通過電容與地網相連，每一小段電纜與無窮遠地之間等效成一個對地支路，據此將接地網等效成多端口模型；本發明將接地網等效成多端口模型，與電纜模型相結合，通過解電路的方法計算二次電纜暫態過電壓；本發明考慮了暫態到地電位不均勻對二次電纜的影響以及接地網在電纜兩接地端之間的互阻抗，其計算方法簡單，計算結果準確。

技術領域

本發明涉及高電壓技術領域，尤其涉及一種沖擊暫態過程中變電站內二次電纜過電壓的計算方法。

背景技術

當變電站遭受雷擊或發生短路故障時，在沖擊電流作用下，接地網出現較大暫態地電位差。該電位差施加在二次電纜兩端，進而可能在電纜芯線上產生較大的過電壓，一方面容易造成電纜芯線、屏蔽層及鎧裝層之間的絕緣破壞，另一方面過電壓侵入二次設備，對設備造成危害。隨著電壓等級的升高和電網容量的增加，變電站面積越來越大，相應接地網也不斷擴大，而二次電纜越長，施加在二次電纜上的電位差也就越大，對二次設備的影響也隨之增加。隨著智能電網的迅速發展，智能設備大量應用，其過電壓防護尤為重要。

雷電流注入接地網時，由于接地導體的縱向阻抗作用，電纜兩端接地點的暫態地電位升不同；如圖1所示，該地電位升作用于電纜兩端，在電纜鎧裝及屏蔽層上產生暫態電流，這些暫態地電位升和電流通過互感和互容耦合在電纜芯線、屏蔽層、鎧裝層上產生電壓分布，并且在芯線和屏蔽層之間以及芯線和電纜接地點之間形成電位差(稱為芯皮電壓和芯地電壓)，前者會導致電纜絕緣擊穿，后者會竄入電纜所連接的二次設備，影響其安全。因此，需要重點關注地電位差對二次電纜造成的影響。

現有的計算方法：

1、針對雷擊對二次電纜的影響問題，有研究者研究了雷擊地面或地面架構對附近直埋于土壤中的電纜的影響，提出了芯線感應電壓的計算方法。由于電纜周圍并不存在接地網，其與變電站內鋪設的二次電纜模型情況有較大差異。

2、還有研究者研究了變電站開關操作對二次電纜的電磁騷擾的計算方法。其主要關注開關操作時由于空間電磁耦合在電纜上產生的干擾電壓，沒有考慮暫態下地電位不均勻對二次電纜的影響。暫態電流注入接地網時，接地網內可能出現高達數十千伏的網內地電位差，該電位差施加在二次電纜兩端，會在電纜芯線與屏蔽層之間以及芯線與端部的“地”之間產生較高的電位差，威脅二次設備安全。

3、有研究者通過計算雷擊時變電站內二次電纜兩端的地電位差，通過時域有限差分法計算電纜芯線與地之間的過電壓。但該方法電纜兩端僅使用接地網的沖擊阻抗簡單等效接地網，沒有考慮接地網在電纜兩接地端之間的互阻抗。同時該方法針對的是單屏蔽電纜，而目前變電站普遍使用的是帶鎧裝的雙屏蔽電纜，即電纜屏蔽層之外還有一層鎧裝層，屏蔽層與鎧裝之間相互絕緣。由于鎧裝層一般由金屬制成，對二次電纜過電壓計算有較大影響。

4、有研究者利用CDESG與PSCAD結合的方法實現相關計算，但所使用的CDEGS與PSCAD為商業軟件，軟件價格高昂。

發明內容

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種沖擊暫態過程中變電站內二次電纜過電壓的計算方法，二次電纜過電壓包括芯線與屏蔽層，芯線與地之間的過電壓。

為實現上述目的，本發明提供一種沖擊暫態過程中變電站內二次電纜過電壓的計算方法，包括：

步驟1、建立二次電纜與接地網的等效計算模型：