一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，所述方法包括以下步驟：建立變電站主接線圖模型；確定所述變電站出線桿塔的雷電作用下的入地電流；建立變電站接地網(wǎng)模型；確定所述接地網(wǎng)模型各個頻率每個節(jié)點(diǎn)的電位；確定所述接地網(wǎng)模型任意兩個節(jié)點(diǎn)的電位差。該方法為變電站通信設(shè)備間電纜接地方式設(shè)計(jì)提供依據(jù)和通信設(shè)備設(shè)計(jì)保護(hù)措施提供理論依據(jù)。
【專利說明】一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種評估電位升的方法，更具體涉及一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]變電站和換流站的接地網(wǎng)上連接著全站的高低壓電氣設(shè)備的接地線、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接地、通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地，以及維護(hù)檢修時(shí)的臨時(shí)接地體。
[0003]當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，由于接地網(wǎng)的地電位升向通信與信號線路、低壓中性線、電纜線路等導(dǎo)電體轉(zhuǎn)移時(shí)，將導(dǎo)致非常高的電位差，可能對上述設(shè)備與設(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重的危險(xiǎn)。這種地位差可能達(dá)到短路時(shí)的總電位升，稱為轉(zhuǎn)移電位。在高土壤電阻率地區(qū)，接地網(wǎng)的接地電阻一般很難降低，因此在發(fā)生接地短路故障時(shí)，接地網(wǎng)的電位可以升得很高，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5Ω為例，只要經(jīng)接地網(wǎng)入地的短路電流達(dá)到2000A，接地網(wǎng)電位就會升到10kV，大大超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全電壓2kV。接地網(wǎng)的均壓措施只能解決跨步電壓和部分解決接觸電壓問題，要保證設(shè)備和人身的安全還必須解決高電位引入接地網(wǎng)造成的轉(zhuǎn)移電位問題。
[0004]從外部進(jìn)入電站的地下或架空電纜，或從與電站隔離的變電站進(jìn)入電站的通信系統(tǒng)和控制電纜，在輸電線路接地故障、雷擊或操作沖擊作用時(shí)，應(yīng)防止高壓對其產(chǎn)生危害。對于通信線路來說，線路設(shè)計(jì)應(yīng)包括保護(hù)工作人員和通信終端設(shè)備安全的保護(hù)裝置、隔離變壓器和中和變壓器。目前，通信線路及外聯(lián)的控制線路一般采用光纜，這個問題可不考慮。但在變電站內(nèi)非光纜的通信線路，如El線(El線是75歐阻抗同軸電纜，一般稱呼為2M線或是El線，是設(shè)備之間的2M連接線。一般情況是SDH和SHD\BTS和BTS\BTS和SHD\SHD和BSC等，只要是需要2M電路落地或是極連到其他設(shè)備一般都用El線)，應(yīng)考慮此類電纜在變電站在雷擊、短路故障情況下，電纜兩端接地體間存在的電位升數(shù)值，進(jìn)而評估電位差對通信質(zhì)量及通信設(shè)備安全造成的危害。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的是提供一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，該方法為變電站通信設(shè)備間電纜接地方式設(shè)計(jì)提供依據(jù)和通信設(shè)備設(shè)計(jì)保護(hù)措施提供理論依據(jù)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，包括以下步驟:
[0007](I)建立變電站主接線圖模型；
[0008](2)確定所述變電站出線桿塔的雷電作用下的入地電流；
[0009]( 3 )建立變電站接地網(wǎng)模型；
[0010](4)確定所述接地網(wǎng)模型各個頻率每個節(jié)點(diǎn)的電位；
[0011](5)確定所述接地網(wǎng)模型任意兩個節(jié)點(diǎn)的電位差。
[0012]本發(fā)明提供的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，所述步驟(I)中的主接線圖模型根據(jù)變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖建立，并確定所述結(jié)構(gòu)圖中的各種元件模型以及線路長度參數(shù)。
[0013]本發(fā)明提供的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，所述步驟(2)通過分布參數(shù)處理所述出線桿塔，并通過貝熱龍方法確定所述波過程。
[0014]本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，所述分布參數(shù)處理為所述出線桿塔根據(jù)部位不同取不同的波阻抗；在雷電流作用下，接地裝置的接地電阻呈現(xiàn)暫態(tài)電阻的特性，用沖擊接地電阻來表征；在確定所述入地電流時(shí)，所述出現(xiàn)桿塔的沖擊接地電阻取為在10?30 Ω。
[0015]本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，影響所述雷電流的參數(shù)包括主放電通道波阻抗、雷電流幅值概率分布、雷電流波形、雷電流陡度概率分布和雷電極性。
[0016]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，通過確定所述步驟(2)中入地電流的頻率成分、所述步驟(3)中的接地網(wǎng)模型的土壤結(jié)構(gòu)、地下敷設(shè)的金屬裝置參數(shù)、注入電流的幅值、注入電流的波形和電流注入點(diǎn)的位置確定所述步驟
(4)中的接地網(wǎng)模型各個頻率每個節(jié)點(diǎn)的電位。
[0017]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，將所述電位與所述入地電流進(jìn)行卷積計(jì)算，確定時(shí)域中各節(jié)點(diǎn)電位。
[0018]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，所述步驟(5)中的電位差為將任意兩點(diǎn)時(shí)域中的節(jié)點(diǎn)電位求差值。
[0019]和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0020]1、本發(fā)明中利用仿真計(jì)算的方法判斷變電站通信設(shè)備接地體間在故障引起的地電位升高情況，進(jìn)而為通信設(shè)備間電纜接地方式設(shè)計(jì)提供依據(jù)；
[0021]2、本發(fā)明中為通信設(shè)備設(shè)計(jì)保護(hù)措施提供理論依據(jù)；
[0022]3、本發(fā)明中同時(shí)也為變電站地網(wǎng)改造提供理論依據(jù)；
[0023]4、本發(fā)明的方法可模擬變電站雷擊情況下的入地電流造成的地電位升高，為這種現(xiàn)實(shí)中不易測量的情況提供理論依據(jù)；
[0024]5、本發(fā)明中的方法可推廣至變電站其它電纜連接的設(shè)備間數(shù)據(jù)受地電位升的影響計(jì)算。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的變電站主接線圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的雷擊出線桿塔示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明的入地電流波形示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明的變電站主接地網(wǎng)模型示意圖；
圖6為本發(fā)明的氣體絕緣變電站采取的元件模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]實(shí)施例1:[0032]如圖1-6所示，本例的發(fā)明的評估方法利用ATToRAW軟件搭建變電站的主接線圖模型，可選擇不同運(yùn)行方式、不同的雷擊點(diǎn)進(jìn)行仿真計(jì)算。如圖2所示，某電站主接線圖。為了便于計(jì)算分析，其中，變壓器分別用Tl表示；電抗器用RT表示；電容式電壓互感器分別用CVT1，CVT2，CVT3表示；斷路器分別用CB11-CB13，第一個數(shù)字表示第幾串，隔離開關(guān)編號與此類似；避雷器編號與其保護(hù)的主設(shè)備相對應(yīng)。
[0033]輸電線路的模型有連續(xù)換位(Clarke)和不換位線路(KCLee)模型，等值電路模型包括Bergeron型、RLPI型、RL耦合型、RL對稱型等，輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生的頻率特性線路模型有:JMARTI模型、SEMLYEN模型和NODA模型等，應(yīng)該根據(jù)計(jì)算精度的需要選擇不同的輸電線路模型。
[0034]對變電站外的輸電線路采用五線JMARTI頻率特性架空線模型，即三條導(dǎo)線和兩條地線的模型。此種架空線的模型直接計(jì)算了地線與導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)，所以在計(jì)算過程中就不必再考慮被擊避雷線與已閃絡(luò)導(dǎo)線對未閃絡(luò)導(dǎo)線的耦合電壓，這樣就方便了計(jì)算，提聞了計(jì)算的精度。
[0035]本實(shí)施例采用分布參數(shù)來處理出現(xiàn)桿塔，用貝熱龍(Bergeron )方法直接求解其波過程，分布參數(shù)是在桿塔的不同部位取不同的波阻抗。在雷電流作用下，接地裝置的接地電阻呈現(xiàn)暫態(tài)電阻的特性，一般用沖擊接地電阻來表征。在計(jì)算中，一般桿塔的沖擊接地電阻取為10Ω，而對于山區(qū)，特別是巖石地區(qū)的桿塔的沖擊接地電阻要高得多。為了研究桿塔沖擊接地電阻的影響，在計(jì)算時(shí)沖擊接地電阻在10~30 Ω的范圍變化。
[0036]氣體絕緣變電站采取的元件模型如圖6所示。
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]雷電參數(shù)及雷擊點(diǎn)
[0041]雷電參數(shù)是描述雷云放電的一系列特征量；包括主放電通道波阻抗、雷電流幅值概率分布、雷電流波形、雷電流陡度概率分布、雷電極性等。
[0042](1)主放電通道波阻；從工程實(shí)用角度和地面感受的實(shí)際效果出發(fā)，先導(dǎo)通道可近似為山![I感和ill界饑成的均勻參數(shù)的4ι?αη逍，兒波m.抗為
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: (1)建立變電站主接線圖模型； (2)確定所述變電站出線桿塔的雷電作用下的入地電流； (3)建立變電站接地網(wǎng)模型； (4)確定所述接地網(wǎng)模型各個頻率每個節(jié)點(diǎn)的電位； (5)確定所述接地網(wǎng)模型任意兩個節(jié)點(diǎn)的電位差。
2.如權(quán)利要求1所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的主接線圖模型根據(jù)變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖建立，并確定所述結(jié)構(gòu)圖中的各種元件模型以及線路長度參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:所述步驟(2)通過分布參數(shù)處理所述出線桿塔，并通過貝熱龍方法確定所述波過程。
4.如權(quán)利要求3所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:所述出線桿塔根據(jù)部位不同取不同的波阻抗；在雷電流作用下，接地裝置的接地電阻呈現(xiàn)暫態(tài)電阻的特性，用沖擊接地電阻來表征；在確定所述入地電流時(shí)，所述出現(xiàn)桿塔的沖擊接地電阻取為在10?30Ω。
5.如權(quán)利要求4所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:影響所述雷電流的參數(shù)包括主放電通道波阻抗、雷電流幅值概率分布、雷電流波形、雷電流陡度概率分布和雷電極性。
6.如權(quán)利要求5所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:通過確定所述步驟(2)中入地電流的頻率成分、所述步驟(3)中的接地網(wǎng)模型的土壤結(jié)構(gòu)、地下敷設(shè)的金屬裝置參數(shù)、注入電流的幅值、注入電流的波形和電流注入點(diǎn)的位置確定所述步驟(4)中的接地網(wǎng)模型各個頻率每個節(jié)點(diǎn)的電位。
7.如權(quán)利要求6所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:將所述電位與所述入地電流進(jìn)行卷積計(jì)算，確定時(shí)域中各節(jié)點(diǎn)電位。
8.如權(quán)利要求7所述的一種評估變電站通信設(shè)備接地體電位升的方法，其特征在于:所述步驟(5 )中的電位差為將任意兩點(diǎn)時(shí)域中的節(jié)點(diǎn)電位求差值。
【文檔編號】G06F17/50GK103810323SQ201310744051
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】馬海杰, 靳洋, 崔翔, 張衛(wèi)東, 陳希, 王智慧, 劉國軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué)（保定）