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【6h】

变电站开关暂态电磁场计算及对二次设备的影响研究

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摘要

超特高压是目前我国电网的发展方向,这使得变电站内的电磁环境越来越复杂,也对绝缘和电磁兼容有了更高的要求。随着测量、监测等二次设备下放至开关场内,使得二次设备直接暴露在开关场复杂的电磁环境中并受到严重干扰,因此对开关操作引起的暂态场进行有效评估并研究其对二次设备的影响至关重要。本文以隔离开关操作模型为主要研究对象,首先基于时域有限差分方法(FDTD),采用改进的Agrawal传输线理论,研究了变电站暂态场的耦合干扰;其次,结合所建立的整个变电站EMTP模型,分析了变电站内开关操作引起的一次系统波过程及对二次电缆的传导干扰问题,并提出了相应的防护措施。在此基础上,开发了用于变电站开关操作引起的瞬态电磁场预估分析软件,能够实现对开关操作引起的变电站瞬态场的有效评估,论文主要开展如下研究工作:
　　①建立了隔离开关操作的等效电路模型,基于贝杰龙法确定了母线上电流激励的数学表达式;其次考虑FDTD在瞬态问题研究的优越性,结合电偶极子法和天线理论,计算了开关操作引起的空间任意点暂态场的分布情况;利用开关操作模型的对称性,建立了柱坐标系下的FDTD离散模型,计算了整个变电站空间区域的电磁场,分析了地面以及土壤参数的影响;计算结果表明:空间电磁场计算需考虑地面影响,地面及以下区域空间电磁场较小,改变土壤特性对电磁场影响不大,因此只能通过屏蔽等措施来减小空间电磁场。
　　②针对开关操作时母线上瞬态电流引起的暂态电磁场对二次电缆的耦合特点,采用改进的Agrawal传输线方法,以空间电场为激励,考虑入射平面波的角度,计算变电站内电磁场对电缆的耦合干扰;结果表明:当母线与传输线垂直时二次电缆中的耦合电压最小,因此传输线应尽量避免与母线平行。
　　③本文理论方法的验证:结合文献中的实际测量数据,应用本文算法,在同一母线电流激励情况下,通过对比验证论文算法的理论计算波形与实测波形。结果表明:理论计算结果与实测波形基本一致,能够满足工程实际的计算精度要求,可以对实际变电站的瞬态电磁环境进行预估。
　　④针对变电站内开关操作引起的一次系统波过程及对二次电缆的传导干扰问题进行了分析,基于所搭建的变电站的一次系统和二次系统模型,计算不同操作形式下,一次系统产生的暂态过电压及二次电缆末端的干扰电压;提出了几种干扰电压的防护措施并对其防护效果进行了仿真研究,结果表明:隔离开关并联电阻和加装滤波电容能够有效减小二次电缆末端的干扰电压。
　　⑤开发了用于变电站开关操作引起的瞬态电磁场预估计算的分析软件,软件分别可实现三种功能:单点场计算、空间场计算以及传输线过电压计算,分别实现变电站开关瞬态场的单点计算、空间场计算及其在传输线上的耦合过电压计算,能够对开关操作引起的暂态场进行有效评估。

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