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。     

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。     

Rapid idea of located defects on grounding systems

This study gives an original way to have a rapid idea of the position of the located defects on grounding systems. For determining electromagnetic fields' radiation, we use an easy method, based on analytical formula, transmission line theory, and modified images theory, instead of complex method of Summerfield's integrals. The cartography of the electromagnetic fields radiated at the soil—air interface, by energized grounding systems (electrode or grid), can be used to detect and localize a defect on these systems. This model is aimed at helping in electromagnetic compatibility and lightning protection studies. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Computer analysis of transient voltages in large grounding systems

A computer model for transient analysis of a network of buried and above ground conductors is presented. The model is based on the electromagnetic field theory approach and the modified image theory. Validation of the model is achieved by comparison with field measurements. The model is applied for computation of transient voltages to remote ground of large grounding grid conductors. Also computation of longitudinal and leakage currents, transient impedance, electromagnetic fields, and transient induced voltages is possible. This model is aimed to help in EMC and lightning protection studies that involve electrical and electronic systems connected to grounding systems     

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。     

一种地网腐蚀故障诊断的新算法

为解决地网腐蚀的定位问题,基于新标准对接地网在概念上的变化,提出并解决了基于场路结合的不等电位模型的地网腐蚀故障诊断的方法;针对地网腐蚀时的导通电阻变化,验证计算了地网腐蚀时地表电位分布及最大跨步电势、接触电势发生处的位置。通过编程实现了数值模型的计算机求解,其方法是通过求取地网各支路散流电流及节点电位来获得各支路的导通电阻值,并通过腐蚀前后各支路导通电阻值的变化来判断地网的腐蚀情况。同时,该模型对于入地电流频率在几十kHz下仍可考察地网的运行情况。实际结果表明,本文方法与试验结果吻合,具有较高的可信性。     

Modeling of motor bearing currents in PWM inverter drives

Pulse-width modulated (PWM) inverters have recently been found to be a major cause of motor bearing failures in inverter-fed motor drive systems. Specifically, all inverters generate common-mode voltages relative to the earth ground. These voltages provide coupling or bearing currents through motor parasitic capacitances to the rotor iron which flow via the bearings to the grounded stator case. In this paper, a model of bearing currents caused by PWM inverters is proposed. The model is based on transmission line theory which uses an equivalent lumped parameter π-network to describe the parasitic coupling phenomenon. The model parameters are then identified by matching the calculated model outputs with those of experimental measurement. The validation of the method is demonstrated by the fact that the model can reproduce a variety of experimental results obtained on a test motor. An application of this method also gives a motor grounding current model. As the conducted electromagnetic interference (EMI) in motor drive systems is related to the grounding currents, the grounding current model can be used for the analysis of conducted EMI in motor-drive systems     

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。     

A Two-Layer Soil Model for the Calculation of Electrical Parameters of Grounding Systems under Lightning Strikes

This article aims to overcome the drawback of the consideration a uniform soil model in approaches based on the transmission line model by considering a two-layer soil structure. In this regard, the electrical parameters equations for the two-layer soil model based on the method of images in the literature which are suitable for power frequency waves are developed to be applicable to the lightning studies. Also, the developed equations are then used in the multiconductor transmission line approach to study the lightning behaviors of grounding systems. Furthermore, in order to check the validity of the procedure, the results of the multiconductor transmission line approach are compared with those obtained by the electromagnetic field approach through the simulation of horizontal, vertical and mesh grounding grids. The results show the accuracy of the two-layer soil model for the lightning analysis of grounding systems.     

接地体雷电暂态响应建模分析

为克服接地体传输线模犁在进行雷电暂态响应计算时存在的分段导体尺寸难以确定,及分段元件间互耦参数计算困难的2个技术瓶颈,采用电磁散射理论与矩阵分析方法对传统时域传输线模型进行了优化.改进后模型考虑了土壤火花放电效应,给出了等效差分元件尺寸选取方法及分段导体间互耦参数递归的计算方法,可有效计算接地体雷电流作用下的冲击有效长度及冲击接地电阻.经与试验结果对比,证明了优化后模型的计算结果误差较小,能够满足工程应用要求.     

变电站接地网的暂态分析方法综述

绍了用于变电站接地网暂态分析的4种方法：电路法、电磁场法、场路结合法和传输线模型法,分析了各方法的基本原理、适用的工程条件、需要解决的问题和发展方向。电路法模型简单,可以兼顾土壤放电的非线性特性以及接地导体之间的相互耦合作用,但仅适用于暂态电流频率为几百kHz以下的情况;电磁场分析法基于天线理论,算法精度较高,但计算量较大,在处理地网参数的时变性方面有困难;场路结合法能够对接地网和地上电网统一建模,降低了计算量,在1 MHz的暂态电流频率范围内可以满足工程精度要求;传输线法计算效率较高,在处理干扰传递耦合相关问题方面有很好的前景,但难以确定兼顾时变和频变特性的地网导体参数。     

接地装置冲击特性研究分析

为研究接地装置的雷电冲击特性,以火花效应和电感效应的研究为主线探讨了土壤的放电特性、接地装置的高频响应及土壤电气参数的变化规律;比较了电路理论、电磁场理论以及动态建模等3种暂态建模方法;评析了目前接地装置冲击试验的进展。通过归纳与分析,指出了这一研究领域中迫切需要解决的技术问题及初步解决方法:利用X射线胶片或高速成像仪器采集土壤放电图像以研究土壤的放电形式及放电区域的尺寸;确定土壤的临界击穿场强及残余电阻率,并用于暂态建模中;区分火花效应与土壤电气参数频变性以及火花效应与电感效应的影响范围;建议分别采用分布参数电路模型、集中参数电路模型、电磁场模型分析伸长接地体、复杂接地装置及接地装置的频域特征;采用高电压、大容量冲击电流试验系统研究高幅值、波前时间短的冲击电流作用下接地装置的冲击特性,并用于指导冲击接地电阻的现场实测。     

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。     

Quantum Theory in the Electrical Engineering Curriculum

An approach to quantum theory tailored for those students whose backgrounds include relative strength in classical electromagnetic field theory but less in classical mechanics is described. Rather than building quantum theory by following the historical steps, as is often done, the technique is to approach the subject directly from a background knowledge of electromagnetic field theory. The approach uses the postulates that the Maxwell equations are always valid for point charges, that a form of steady-state cosmology is correct, and that the superposition principle is applicable to statistical processes. The model permits a direct transition from electromagnetic field theory to quantum theory. It is self-consistent and based upon currently acceptable physical postulates. It meets the epistemological objections against the orthodox interpretation that Einstein raised and that have never been adequately answered. It does not fall into the class of proposed interpretations that Wigner showed to be inconsistent with the wave theory.     

±1100kV吉泉线并行交流特高压线路施工中电磁感应及接地分析

在建的±1100 kV吉泉输电线路近距离并行皖电东送特高压1000 kV交流输电线路,由于线路间的电磁耦合使得吉泉线在施工中面临严重的感应电问题。本文建立了三维输电线路的矩量法模型,计算分析了并行双回特高压交流线路施工时的感应电压和感应电流,对影响静电感应电压和电磁感应电流的主要因素进行了分析。最后,针对施工中的不同接地方案进行了研究,提出了施工中建议的接地方案。     

SYJ型接地装置的开发与应用

降低山区线路杆塔的接地电阻是一个难以解决的问题。根据大开挖式杆塔基础的特点,研发了一种利用杆塔基础降低杆塔接地电阻的SYJ型接地装置。运用电磁场理论推导出SYJ型接地装置的计算公式,给出了工程设计方法。用模拟电荷法在MATLAB中进行了仿真分析,并运用到实际工程中,模拟试验和工程应用结果验证了理论推导和公式的正确性。研究表明,新型接地装置散流特性好,降阻效果优良,可以广泛应用于高土壤电阻率地区和占地面积较小的接地工程。     

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。     

可及节点位置偏移条件下接地网故障诊断的研究

为了在可及节点存在偏移的条件下对接地网进行较好的故障诊断,基于分层约简模型,分析了直接利用待测试接地网和其对应的镜像接地网进行故障诊断的可测性,论述了一种基于禁忌搜索算法的可及节点位置偏移修正方法,建议了进行接地网故障诊断的4种模式。以一个60支路的实验接地网为例进行了验证和说明,结果表明,直接利用待测试接地网进行故障诊断所得到的明晰支路所占的比例较大,但是测试工作量也大得多;建议的可及节点位置偏移修正方法是可行的;将待测试接地网故障诊断与其镜像接地网上修正可及节点偏移的故障诊断相结合,能够进一步提高明晰支路所占的比例。     

变电站接地网腐蚀诊断磁场检测系统的设计与应用

对变电站电磁环境测量和接地网进行仿真计算,设计和开发了变电站接地网导体腐蚀诊断的磁场检测系统.通过对接地网的两个上引导体注入异频正弦波激励电流,探测激励电流在地表面上产生的磁感应强度分布,实现了变电站接地网导体的腐蚀状态和断点故障的诊断.现场测试表明,该系统的抗干扰能力、分辨率和测量精度均能满足诊断需要,诊断方法可行,测量系统可靠,提高了诊断的效率.     

基于多分辨率小波网络-BP神经网-D-S证据理论信息融合模型的直流系统故障诊断方法

直流系统接地故障检测中常用的低频信号注入法容易受到大电容接地、环网以及电流互感器故障和饱和等因素的影响.针对这种情况,引入多传感器信息融合的思想,提出了基于"多分辨率小波网络-BP神经网络-D-S证据理论"信息融合模型的故障诊断方法,以综合多个信息源对直流系统的接地故障进行诊断.对具有3条支路的直流供电系统进行的仿真分析表明,在上述情况下利用该方法可以有效诊断出直流系统的故障支路,具有较好的诊断效果.