变电站对地短路时接地网转移电位差对铠装电缆影响的研究

在变电站接地网设计中,考虑到切合站场母线会对通信设备产生强大的电磁干扰,通常会将电缆屏蔽层两端接地。然而,在变电站受到雷击或发生短路故障情况下,电缆芯线与屏蔽层之间会产生巨大的转移电位差。这种电位差一方面可能会破坏电缆芯线与屏蔽层之间的主绝缘,形成电树枝或介质击穿,另一方面转移电位差会在铠装层形成回路,产生很大的暂态电流,干扰通信设备导致设备误操作。因此,转移电位差对变电站设备的影响亟待更深入的分析。笔者针对发生对地短路故障的变电站,建立铠装电缆的电气模型,给出变电站短路故障下芯线和屏蔽层之间的转移电位差解析式,分析电缆参数对转移电位差的影响,并且通过接地工程软件CDEGS分析接地网、土壤等参数对转移电位差的变化规律,提出抑制转移电位差的措施,为实际施工和建设提供理论依据。     

变电站工频短路时的电磁环境分析

变电站的电磁环境威胁二次系统的安全运行,为分析变电站工频短路时的电磁环境,采用现场测试和数值计算的方法分析了工频短路时产生的空间电磁环境和传导电磁干扰。工频短路时变电站内短时电场强度达到22.6kV/m,短时磁场强度可达到1000A/m,对弱电设备的影响值得关注。500kV变电站站内单相短路接地试验表明,二次电缆如果与母线平行敷设,二者之间的电磁耦合强,二次电缆的芯线对地的骚扰电压可达4.5kV;而与母线非平行布置,二次电缆的芯皮电位差可控制在>1kV,主频率为几~几百kHz。理论分析了电缆结构参数对二次电缆芯皮电位的影响表明,屏蔽层编织角在15°、45°、55°、65°、85°左右将产生较强的电磁干扰。工频短路时二次电缆的芯皮电位差与地电位升有直接的关系,将地电位升限制<5kV时,施加在屏蔽层双端接地的二次电缆上的芯皮电位差最高可控制<2kV绝缘耐受水平。     

接地铜排对变电站二次电缆防护效果研究

当变电站开关操作遭遇雷击时,接地网会产生地电位差而对二次电缆造成影响,敷设接地铜排能有效阻止电流对二次电缆的损害。基于ATP-EMTP软件建立了一个简化的变电站主接地网仿真模型,对接地铜排与主接地网的连接方式等情况进行研究,分析了接地铜排对二次电缆的防护效果。研究结果表明：增设接地铜排在一定条件下可以降低二次电缆的干扰电压,但接地铜排与主接地网有多个连接点时,在不同位置注入电流,会对电缆芯线与屏蔽层间的电压以及电缆接地点的地电位升产生不同的影响;从电缆2个接地点水平方向的内侧或外侧分别注入电流,接地铜排的影响效果相反,随着接地铜排与主接地网连接点个数的增加,电缆芯线与屏蔽层间的电压和电缆接地点地电位升分别呈增大或减小的趋势。     

变电站接地网上两点间电位差的特性

随着变电站的智能化发展,大量二次设备分布式布置于高压一次设备附近。这些二次设备的外壳就地与接地网连接。当故障电流注入接地网导致地电位升时,在接地网上两点之间存在电位差。对于2个由二次电缆连接的二次设备,该电位差可以在二次电缆端口感应共模和差模骚扰电压,严重时影响到二次系统的正常稳定运行。针对某220 kV变电站接地网,计算分析了地电位差随地网尺寸和网格大小、土壤电阻率、故障电流注入点位置、观测点位置的变化规律。研究成果对于指导的接地网设计、地电位差对二次设备的影响评估评估有参考价值。     

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。     

风电机组接地网冲击特性的研究

为了准确计算风电机组接地网的雷电冲击暂态特性,在考虑土壤电离特性的基础上,利用场路结合方法建立了接地网暂态分析模型.采用快速傅立叶变换,将频域和时域分析方法相结合,对考虑土壤电离时接地网的暂态特性进行了分析.研究结果表明,发生雷击事故时,埋设在地下的传输、通信和控制电缆的屏蔽层与其周围土壤将产生较高的电位差,这会对电缆...     

变电站屏蔽电缆端口的雷电感应电压计算方法

变电站内屏蔽电缆容易受到雷电干扰,严重时会造成端接设备损坏,有必要开展电缆端口的雷电感应电压计算研究。基于电磁骚扰的耦合路径分析,提出了依次求解电缆屏蔽层响应和电缆内部响应的耦合分析步骤。对于电缆屏蔽层响应,指出了基于地电位差的传导耦合分析方法和基于空间磁场的感应耦合方法的不足,提出了基于电磁散射理论的更一般的分析方法;对于电缆端口响应,提出了基于转移阻抗和转移导纳的分布激励源的传输线计算方法。通过典型算例,计算了屏蔽电缆单端接地和双端接地时端口雷电感应电压,计算结果表明电缆屏蔽双端接地比单端接地具有更好地雷电屏蔽效果。     

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。     

变电站开关操作对屏蔽电缆电磁干扰的预测

研究变电站瞬态电磁场对屏蔽电缆的电磁耦合问题，对于提高变电站内二次设备的抗电磁干扰能力具有极为重要的意义。文中将矩量法与传输线理论相结合，应用场线耦合理论计算变电站开关操作产生的空间电磁场对站内屏蔽电缆的电磁干扰。通过与国际上通用的电磁暂态计算程序EMTP的计算结果进行比较，验证了计算方法的正确性，同时克服了EMTP只能处理屏蔽电缆与母线平行放置的不足。最后，将该计算方法应用于500kV变电站开关操作时，在屏蔽层不同接地方式的屏蔽电缆上产生的电磁干扰的数值预测，获得了一些有益的结论，可为工程应用提供一定的理论依据。     

水电站电气二次接地技术分析

电磁场通过电场耦合、磁场耦合、电磁辐射、公共阻抗耦合等方式进行传播,对电气二次系统正常工作进行干扰,严重时可能产生过电压损坏设备。采用正确的接地方式不仅能保障人身和设备安全,还能为电气二次系统正常运行创造有利条件。电缆屏蔽层一端或两端接地各有利弊,应根据实际情况正确选择。水电站安装与主接地网紧密连接的高质量等电位接地网,是提高屏蔽层两端接地时控制电缆抗干扰能力的有效措施。     

变电站接地网暂态建模方法

为提高接地网暂态模型计算效率及建模灵活性,保证其计算精度,基于场路结合思想推导了接地网暂态建模及数值计算方法。该方法有效计及了接地导体间电磁互耦作用,可准确计算接地网不同频率电流及冲击电流作用时的暂态响应。采用该方法对接地网不同频率电流作用下的接地阻抗进行了仿真计算,并对接地网雷电流作用下暂态电位分布进行了计算,绘制了三维电位分布图。经与电磁场模型计算结果及接地网现场暂态电位分布试验结果对比,验证了模型的正确性。     

青藏铁路110kV输变电工程五道梁和沱沱河变电站的接地系统设计

为青藏铁路供电的110kV沱沱河和五道梁变电站地处高寒永冻地区,如何在高寒永冻地区进行接地系统设计对变电站的建设十分重要。通过测试二次电缆和二次设备的绝缘耐受特性,提出可将地电位升高提高到5kV。采用电磁场数值计算方法对分层土壤中接地系统的电气参数进行计算, 分析比较了各种可行的高寒冻土地区接地系统的设计方案, 讨论了深垂直接地极的布置规律、水平地网的埋设深度、接地系统的均压优化布置对接地系统接地电阻、接触电压和跨步电压的影响。最终得出了坨坨河和五道梁两变电站的接地系统设计方案,并总结归纳了高寒冻土地区变电站接地系统的设计规律。     

基于电磁场的杆塔接地体冲击特性计算分析

输电线路杆塔接地体的冲击接地阻抗决定了雷击输电线路或杆塔时的塔顶电位,从而影响线路绝缘子串两端的过电压水平,直接关系到线路的耐雷水平。接地体在雷电流作用下的冲击特性表现为火花效应和电感效应,使接地体的冲击特性明显区别于工频特性。基于电磁场理论建立了输电杆塔典型接地体冲击接地阻抗计算模型,通过模型试验验证了其准确性,得到了接地体在不同土壤电阻率和射线长度下的冲击接地阻抗,并与国际著名的接地计算软件CDEGS工频接地阻抗计算结果对比分析,进一步揭示了接地体的工频和冲击特性的差异,同时验证了接地体冲击电流下存在有效长度。     

引外接地对降低接地网接地阻抗的作用分析

工程上常采用引外接地的措施,一般根据经验在离主接地网1~2km范围内另敷设一辅助接地网,并采用扁钢将此辅助接地网与主接地网相连,但国内现行接地设计方法及故障电流下地网等电位计算模型均不能计算引外接地电阻。为此采用接地网工频接地参数分析软件,计算了均匀土壤中引外接地网对降低主接地网接地阻抗的作用。结果表明,辅助接地网与主接地网间的距离超过一定数值后,辅助接地网的作用可忽略,且在土壤电阻率较高的地区,引外接地具有较好的降阻作用。     

并联直流接地极抑制上海区域直流偏磁的方法研究

在对直流偏磁产生原因及安装于变压器中性点的直流抑制装置进行简述的基础上,考虑上海区域多直流落点和多接地极的特点,提出了用并联直流接地极去抑制上海区域直流偏磁的方法。根据设计单位资料,对并联用特高压奉贤接地极、华新换流站接地极以及南桥接地极建立了电极模型并获取了各500 kV变电站等效电阻。根据上海区域地质结构和土壤电阻率实测数据,建立了由浅沉积层、深沉积层、基岩层以及地幔至地心层组成的4层水平分层土壤模型。以近景年上海区域电网主要拓扑结构,对直流接地极单独运行、并联运行进行了地表电位和变压器中性点电流计算分析。其中地表电位计算分为上海区域地表电位和各变电站地表电位,而变压器中性点电流计算分有无接入小电阻两种工况。计算结果表明,在并联运行方式中,各变电站的地表电位和直流电流都得到了有效控制。     

大型变电站接地网导通状况研究

通过模拟计算,研究了变电站接地网导通电阻的变化规律,对不同情况下的接地网进行了模拟计算,包括边缘部分断开、中间部位断开以及多处部位断开,得出了不同情况下导通电阻的变化规律,结合变电站导通电阻的测试,将测试数据与计算数据进行比较,可判断接地网存在问题的位置。基于以上研究,提出了能反映接地网腐蚀的简单而有效的办法和判据,是对《电力设备预防性试验规程》关于导通的测试方法和判断依据的建议和补充。     

基于节点电压法的接地网暂态响应模型计算

基于改进的节点电压法,提出了一种接地网频域性能分析的数值计算方法,该方法考虑了导体阻抗的频率特性和接地网周围的土壤对导体散流性能的影响。该方法通过求解电磁场方程完成,运算实现简单,更直观地获得了地表电位的暂态响应性能。由于模型是针对接地网时域特性进行处理,更具有合理性和针对性,可计算雷电、短路电流等不同形式电流下的接地网暂态响应特性曲线。此模型简单,且在工程实际中有着足够的精度。     

变电站接地网的断点诊断方法

为提高变电站接地网导体断点诊断的效率和精度,提出了通过测量地表磁感应强度的诊断方法。利用变电站接地网频域电磁场计算软件包进行仿真计算,在对仿真计算结果分析的基础上,研制了专用信号激励源,结合变电站实际电磁干扰环境,研制了信号采集、处理系统,基于电磁感应原理探测地表磁场,诊断变电站接地网导体的断点故障,通过仿真计算、模拟地网试验和现场应用,证明了该方法的可行性和诊断定位的准确性。     

计及地线耦合的利用架空线路测量接地网接地阻抗的方法

在利用架空线路测量接地网接地阻抗时,未断开接地网与架空地线的连接构架会使通过接地网流入大地的电流小于实际注入电流,且经过地线的分流电流由于架空地线与相线间的电磁耦合效应会在线路中产生干扰电压。因此提出在测量接地网对地电压和实际注入电流时,同步测量地线电流以减小分流效应造成的误差;并通过多次测量的数据建立数学模型进行计算,以减小测量线路与地线的电磁耦合效应产生的感应电压对接地阻抗测量产生的影响。仿真结果表明,在电压极之前的杆塔与地线绝缘或者直接相连的杆塔数目较少的情况下,所提测量方法能有效减小用架空线路测量接地网接地阻抗时地线分流造成的接地阻抗测量误差。