飞机电缆雷电间接效应的耦合特性仿真研究

为降低雷电间接效应危害,提高飞行安全性,针对雷电对机身内部电缆雷电感应耦合的影响,采用基于有限元积分与传输线矩阵法的电磁仿真软件CST对飞机内部电缆进行雷电流脉冲仿真研究,分析在雷电流分量A作用下不同布局电缆感应电压和感应电流耦合情况。仿真结果表明,内部电缆感应电压和感应电流受电缆布局影响较大,且非屏蔽电缆和屏蔽电缆上的感应电压具有明显差异,随着飞机内部非屏蔽电缆与机身蒙皮间距离的增大,非屏蔽电缆感应电压呈线性增长。     

双回路电缆-架空线混合线路感应电压电流计算

双回路同沟电缆-同塔架空线混合线路感应电压和感应电流的计算是检修时接地刀闸选型的关键。电缆回路间感应电压电流的计算不同于架空线路。电缆金属护套对线芯具有静电屏蔽作用,根据护套接地方式不同其对线芯也具有不同的电磁屏蔽效果。文中针对220 kV双回路电缆-架空线混合线路开展运行线路对检修线路的电磁感应研究。首先根据电磁耦合推导出混合线路的感应电压、电流计算公式。其次仿真计算分析,分别研究混合线路中电缆段长度占比的变化对感应电压电流的影响;电缆护套单端接地、双端接地以及交叉互联两端接地3种接地方式对于感应电流的影响;接地刀闸等效接地电阻对于感应电流的影响。结果可为混合线路接地刀闸选型提供理论计算参考。     

冲击试验对屏蔽电缆电磁骚扰的计算分析

户外冲击放电试验导致附近建筑内通话中断、网络重启等问题时有发生,近年来带有智能组件的变压器进行冲击耐压试验时智能组件故障率高达50%,迫切需要开展冲击试验过程的电磁骚扰研究。为此进行了冲击试验的骚扰源特性分析,分析结果表明冲击电流幅值可超过10 k A,频率主要在10 MHz以下。基于骚扰耦合路径分析,提出了将电缆屏蔽层与接地网导体联合建模的直接耦合法,该方法可以同时考虑电缆屏蔽层的散射效应和电缆内部瞬态的波动效应,误差分析表明该方法比国际大电网会议(CIGRE)推荐的解耦法计算结果更加精确。在武汉特高压交流试验基地开展的典型冲击放电试验表明:直接耦合法计算结果与测量结果基本一致,验证了直接耦合法的准确性;冲击试验情况下电缆屏蔽层双端接地比单端接地降低骚扰电压水平效果更好。     

直流电缆上交流分量的计算及其屏蔽

交直流电缆并行敷设时,交流电缆会在直流电缆上产生感应电动势,进而产生工频电流分量.为此,针对上海柔性直流输电工程中可能的几种敷设方式下,对交流电缆在直流电缆上的感应电动势进行了计算,并且实测了不同接地方式下直流电缆金属屏蔽层对交流分量的屏蔽系数.计算结果表明,不同的敷设方式下交流电缆在直流电缆上产生的纵向感应电动势不同,三相交流电缆对直流电缆电磁耦合距离的不同是产生纵向感应电动势的根本原因;计算结果还发现在三相交流电缆与直流电缆耦合距离越远,所产生的纵向感应电动势越小;在4种敷设方式下,耦合距离超过2m后纵向感应电动势趋近于0.最后,还给出了实际工程中考虑屏蔽效应的直流电缆上感应电动势的计算方法,并且提出了屏蔽直流电缆上交流分量的方法.     

核电厂母线接地短路对二次电缆影响的研究

变电站发生母线接地短路故障时,会在屏蔽层双端接地的二次电缆屏蔽层上产生电位分布并在电缆与二次设备连接端口产生骚扰电压。通过CDEGS(Current Distribution,Electromagnetic Interference,Grounding and Soil Structure Analysis)建立了某核电厂的计算模型,基于矩量法计算了该核电厂GIL-GIS(Gas Insulated Transmission Line-Gas Insulated Substation)系统发生单相接地短路故障时二次电缆上产生的电磁骚扰,并分析了母线外壳的有无、外壳接地导体的数量以及短路点位置等相关因素对单相接地短路故障情况下二次电缆上的电磁骚扰的影响,得到了一些有益的结论。     

变电站二次电缆屏蔽层电流对二次端口的耦合

短时电磁暂态作用下,变电站接地体间会产生相对电位差,使二次电缆屏蔽层中流过电流并耦合至二次设备端口,从而造成运行故障甚至设备损坏。鉴于此,通过模拟试验研究获取了二次电缆屏蔽层电流对二次端口的耦合特性,并分析了耦合机理。首先,搭建了模拟开关操作、短路故障、雷击等电磁暂态作用下,电缆屏蔽层电流对端口耦合的试验平台,并开展了试验测量。试验结果表明:当二次电缆的首端和末端接有相同的元件时,各类电磁暂态作用下,首端和末端耦合的端口电压均波形相同,极性相反;双芯电缆的端口电压只有共模电压,没有差模电压。然后,建立了电缆的集总参数等效电路,通过电路分析表明,端口的骚扰电压水平与电缆屏蔽层电流通过屏蔽层电阻产生的压降相当。研究结果还表明,二次端口的耦合系数随频率的上升而降低,耦合阻抗与频率无关,其值接近电缆屏蔽层的电阻值。这些结果为进一步研究二次端口的电磁骚扰防护奠定了基础。     

有限元法计算交联电缆涡流损耗

电力电缆的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗是影响电缆群温度场分布和电缆载流量确定的重要因素。为确定电缆运行中的损耗,在考虑趋肤效应和邻近效应的基础上,利用有限元法对电缆群不同排列方式和接地方式下的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗进行了计算。计算结果表明,导体交流损耗随回路数增多、电缆间距减小而增大,金属屏蔽层损耗随回路数增多而增大,与电缆间距的关系与接地方式有关,单端接地时,金属屏蔽层损耗随间距增大而减小,双端接地时,金属屏蔽层损耗随间距增大而增大。     

牵引电缆金属护层的雷击感应电压

基于牵引电缆结构分析了电缆金属护层感应电压产生机理,探讨了雷电流对于金属护层对地电压的影响。在此基础上,利用电磁暂态仿真软件构建了牵引供电系统、牵引电缆以及雷电流模型,仿真分析了AT供电方式下避雷器接地和牵引电缆接地对雷击感应电压的影响。结果表明,当避雷器的接地电阻小于5Ω并且电缆在靠近接触网一端安装护层保护器时,电缆金属护层的雷击感应电压低于外护套冲击耐受电压。     

高铁信号系统多芯扭绞电缆宽频建模研究

为了研究高铁信号系统多芯扭绞电缆暂态过电压特性,指导高铁信号电缆的暂态过电压防护,该文分析了现有电缆暂态模型的不足,提出一种改进计算方法。该计算方法可分为单个扭绞周期长度电缆级联传输线参数计算和电缆多导体传输线时域宽频等效建模两个方面,考虑了芯线间的临近效应和集肤效应的影响以及电缆的扭绞特性。通过与雷电冲击下的转移阻抗特性和传递特性试验对比验证了建模方法的有效性。针对高铁常用的双四线组扭绞信号电缆,建立了其宽频模型,分析了电缆屏蔽接地方式和备用芯线接线方式对电缆芯线雷电暂态过电压特性的影响,结果表明:双端接地方式能明显限制芯线对地暂态过电压幅值;备用芯线与屏蔽层连接并接地可一定程度上降低工作芯线对地暂态过电压幅值。     

雷击海上风电机组对其弱电系统影响分析

以海上SCD(超紧凑)3.0MW风力机组为原型,借助ATP/EMTP电磁暂态仿真软件建立该风力机组雷击暂态模型。并结合该暂态模型计算分析电缆屏蔽层、雷电波形及海上平台接地电阻对于风机内弱电设备雷电浪涌过电压的影响。结果显示:为保证风力机组内部弱电设备的安全,沿塔筒布置的电缆应采用屏蔽电缆,且两端均应做到有效接地;同时还应加装配套的保护措施,如加装浪涌保护器等;雷电流波形对于电缆感应过电压影响很大,因此仿真分析时应根据研究所需选取合适的雷电流波形;海上风机的接地电阻较小,接地电阻的变化对于弱电系统的雷电浪涌过电压的影响也较小,因此无需再采取降阻措施。仿真结果可为海上风力机组弱电系统的雷电防护提供参考。     

A study on improving shielding performance of shielded cable

With the developments in power electronics equipment, the electromagnetic environment has become severe for electronic equipment. In the smart facility field, the stable operation of electronic devices is indispensable, and noise countermeasures must be improved. To suppress intrusive noise from cables, shielded cables are used in many cases. However, electromagnetic induction cannot be suppressed when the shield is grounded at one end, and when grounding both ends of the shield, current flows through the shield creating intrusive noise in the cable. That is, even if a shielded cable is used, a sufficient effect cannot be obtained. Therefore, as a countermeasure, this study prototypes and evaluates cables that combine double shielded cables with magnetic cores. Evaluations conducted using the copper pipe method, triaxial method, and impulse test confirm that the shielded performance improved by 10–30 dB compared with the conventional shielded cable.     

10 kV单芯电缆屏蔽层两端接地引发电缆故障分析

10 kV单芯电缆两端接地感应电压与环流导致电缆故障问题,是配电电缆工作者多年困惑的问题。分析广东阳春10 kV电缆故障,直接原因是金属屏蔽层接地方式选择不当,根本原因是设计规范中没有具体对这些问题做出明确的指引和规定。     

Near field coupling to shielded cable due to switching operation in substation

It is vital to study the electromagnetic coupling to shielded cable for improving electromagnetic antiinterference ability of secondary equipment in a substation. As a hybrid of method of moment (MoM) and transmission line method, a frequency domain model is put forward to study the near field coupling to shielded cable due to the switching operation in substation. Compared with the results of EMTP, the proposed method has been proven correct. Furthermore, this method overcomes the disadvantage of EMTP, which is only applicable for transient analysis of parallel conductors. As an example, the presented method is applied to evaluating the electromagnetic interference (EMI) to the shielded cable, whose shield is grounded at both ends, due to the switching operation in 500 kV air insulation substation (AIS). __________ Translated from Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2007, 27(9): 46–51 [译自: 中国电机工程学报]     

单芯电力电缆金属护层过电压保护器参数设计

针对高压单芯电力电缆金属护层接地方式和金属护层过电压导致电力电缆线路载流量急剧下降,甚至发生运行故障,而目前国内外还没有如何合理选取单芯电力电缆金属护层过电压保护器参数相关标准或规程的现状,依据GB50217《电力工程电缆设计规范》、DL/T401《高压电缆选用导则》和DL/T5221《城市电力电缆线路设计技术规定》标准,结合大量现场运行经验和事故原因分析结果,采用理论计算和试验验证相结合的研究方法,探讨了单芯电力电缆金属护层过电压保护器参数的优化设计。理论计算和试验验证结果表明:设计的电缆金属护层保护器的8/20μs标称放电电流和标称放电电流下的残压等电性参数符合相关标准的技术要求,能够满足单芯电力电缆线路金属套过电压保护和保护接地持续安全可靠运行的实际需要。     

复杂接地系统冲击接地特性的数值计算及试验

为抑制变电站开关操作时产生的瞬态电磁场对站内二次设备的干扰,通常将二次电缆的屏蔽层双端接地。而雷击变电站接地网时,由于接地网的高频接地阻抗较大,在屏蔽层的两个接地点会产生很大的地电位差,这一电位差将通过二次电缆的转移阻抗耦合至二次设备,影响二次设备的正常工作。将矩量法与传输线理论相结合,将无穷远处视为零电位参考点,提出了分析复杂接地系统冲击接地特性的理论计算模型,该计算模型在频率不高或电缆长度较短的情况下,可简化为集中参数电路模型。为验证计算模型的正确性,还在试验接地网上进行了冲击接地试验,理论计算与测量结果比较吻合。该计算模型及方法可用于实际变电站接地网的冲击接地特性研究以及二次电缆电磁干扰的数值预测。     

<<控制电缆耐受过电压特性试验>>

对几种典型控制电缆在工频、直流及雷电冲击过电压下的耐压特性进行了试验研究,结果表明：电缆末端沿面闪络电压随沿面距离的增大呈饱和趋势;电缆头部处理的好坏,对整个电缆的耐压水平有较大影响;屏蔽层对芯线的绝缘水平是控制电缆绝缘中最薄弱环节,在30s以内可耐受工频交流18kV以上,正极性直流45kV以上,负极性雷电冲击40kV以上。工程中应控制地网的允许地电位升高在其耐受范围之内。     

短时大电流入地时管道阻性耦合电压计算方法研究

交流架空输电线路与钢制埋地管道共用走廊资源的现象越发频繁,短时大电流入地时产生的阻性耦合电压将会严重加速管道腐蚀。为量化计算埋地管道阻性耦合电压,文中提出一种基于CDEGS仿真模型的计算方法。首先建立大电流入地仿真模型;其次给出工频电流接地时管道阻性耦合电压的计算方法,并分析电流幅值、土壤电阻率以及电流入地点离管道最近点的距离对管道阻性耦合电压的影响;最后给出雷电流入地时,计及频率的管道阻性耦合电压的计算方法以及基于时频转换的电压最大值计算方法,并分析雷电流幅值、雷电流入地点离管道最近点的距离、土壤电阻率以及雷电流经多杆塔入地对管道阻性耦合电压的影响。     

XLPE电缆绕组的电路模型及其外半导电层暂态电压分布特性研究

以XLPE电缆为绕组的新型电力设备可能承受很高的暂态电压,而所用的XLPE电缆外部没有金属回流层,只有一层半导电层,因此深入了解其外半导电层的暂态特性很有必要.本文给出电缆绕组高频暂态下的电路模型,并将实际绕组的实测数据与仿真结果进行比较,两者吻合很好.这表明该电路模型可表达这类绕组外半导电层暂态时的表现,同时得出在冲击电压作用下,绕组前部的外半导电层是最薄弱部位及芯线与外半导电层间为电容耦合的结论.