CN110275078B - 变电站二次电缆地回路骚扰区分方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了变电站二次电缆地回路骚扰区分方法，包括：根据变电站实际情况建立电缆模型，求出电缆模型中二次电缆屏蔽层的总骚扰电流；改变电缆模型分别计算传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流；比较传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流大小以判断主导骚扰的耦合方式。本发明通过切断耦合路径来抑制某一种耦合方式，从而求得另一种耦合方式的影响，将复杂问题简单化，将不同的耦合方式区分开来，只需要改变二次电缆与接地网的连接方式即可，操作方便可行，模型简单，可在多种软件中进行计算，方便高效。

Description

变电站二次电缆地回路骚扰区分方法、系统及存储介质
技术领域
本发明属于电磁兼容技术领域，尤其涉及一种变电站二次电缆地回路骚扰区分方法。
背景技术
二次电缆在变电站中广泛应用，用于保护和控制信号的传输。出于安全和电磁兼容的考虑，二次电缆的屏蔽层通常采用双端接地方式。在此接地方式下，电缆屏蔽层、接地网以及电缆两端的接地线构成了导电回路。
变电站发生短路故障、雷击或开关操作等电磁暂态现象时，这种电磁暂态可以通过两种途径对二次电缆形成电磁骚扰。第一种途径是传导耦合：暂态电流流入接地网，会在接地网上产生电位差(接地网导体并非理想导体，即使是理想导体，在高频情况下还存在电感型阻抗)，因此二次电缆屏蔽层两端的接地点之间会产生电位差，该电位差进一步驱动电流流过屏蔽层；第二种途径是空间场耦合：上述电磁暂态过程产生的空间磁场与由“大地—二次电缆屏蔽层—接地线”组成的回路相铰链时，依据电磁感应定律，在回路中感应出骚扰电压和电流。无论上述哪种耦合方式，最终都在电缆屏蔽层中感应出骚扰电流和对地骚扰电压。骚扰电流可以依据转移阻抗在电缆线芯上耦合出骚扰电压，并作用在电缆两端链接的二次设备的端口上，进而影响设备的正常工作。骚扰电压可以依据转移导纳对电缆芯线形成骚扰。一般而言，电缆屏蔽层的转移导纳很小，通常被忽略，主要考虑转移阻抗的影响，即对于二次电缆屏蔽层，从电磁骚扰耦合的角度，主要关注屏蔽层的骚扰电流。也就是，二次电缆屏蔽层骚扰电流是衡量电磁骚扰耦合强度的主要参数。
在实际中，传导和空间场两种耦合方式往往是同时存在，综合作用的，如何区分哪种耦合方式主导二次电缆屏蔽层骚扰电流仍存在困难。。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种变电站二次电缆地回路骚扰区分方法，能够区分是哪种耦合方式主导二次电缆屏蔽层骚扰电流。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，提供了一种变电站二次电缆地回路骚扰区分方法，包括：
根据变电站的实际情况建立电缆模型；可以求出电缆模型中二次电缆屏蔽层的总骚扰电流I1；
其次，通过改变电缆模型分别计算传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流。具体为当需要计算传导耦合方式时的骚扰电流，则切断空间场耦合路径，即保持其他条件不变，将二次电缆屏蔽层降低至地面的高度，以改变骚扰源对二次电缆的耦合路径，传导耦合是通过二次电缆屏蔽层两端接地点之间的电位差来驱动电流流过屏蔽层；空间场耦合是空间磁场与由“大地—二次电缆屏蔽层—接地线”组成的回路相铰链时，依据电磁感应定律，在回路中感应出骚扰电压和电流。将二次电缆降低至接地线处，与原模型相比，相当于切断了空间场耦合路径，而传导耦合路径基本不变，此时计算出的电流相当于原模型在不受空间场耦合干扰的前提下受到的由传导耦合引起的骚扰电流即I2。
当需要计算空间场耦合时的骚扰电流时，则需要切断传导耦合的路径，而空间场耦合路径基本不变，具体为保持屏蔽层位置等其他条件不变，断开二次电缆屏蔽层与接地网间的联系使其双端浮地来切断传导耦合途径，计算出此时的骚扰电流I3为空间场耦合产生的骚扰电流。
此种方法是将改变之前的由传导耦合和空间场耦合共同作用的骚扰电流区分开来，因此引起较大电流的耦合方式即为主导耦合方式。
根据以上计算结果，传导耦合骚扰电流I2与空间场耦合骚扰电流I3之和应接近总骚扰电流I1，说明本方法区分传导耦合和空间场耦合的方式可行，如果传导耦合骚扰电流I2远大于空间场耦合骚扰电流I3，即I2+I3≈I2(I3不到I2的1％)则说明传导耦合方式占主导，如果传导耦合骚扰电流I2远小于空间场耦合骚扰电流I3，即I2+I3≈I3(I2不到I3的1％)说明空间场耦合方式占主导。
第二方面，一种变电站二次电缆地回路骚扰区分系统，包括：
建模模块：用于根据变电站实际情况建立电缆模型，求出电缆模型中二次电缆屏蔽层的总骚扰电流；
调整计算模块：用于改变电缆模型分别计算传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流；
判断模块：比较传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流大小以判断主导骚扰的耦合方式。
结合第二方面，进一步的，所述调整计算模块包括：
传导耦合计算模块：用于切断空间场耦合路径，计算出此时由传导耦合引起的骚扰电流；
空间场耦合计算模块：切断传导耦合路径，计算出此时由空间场耦合引起的骚扰电流。
第三方面，一种变电站二次电缆地回路骚扰区分系统，包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面任一项所述方法的步骤。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
本发明所达到的有益效果是：本发明通过切断耦合路径来抑制某一种耦合方式，从而求得另一种耦合方式的影响，将复杂问题简单化，将不同的耦合方式区分开来，只需要改变二次电缆与接地网的连接方式即可，操作方便可行，虽然简单，但却十分巧妙，可在多种软件中进行计算，方便高效。
附图说明
图1a是雷电流波形图；
图1b为不同耦合方式下屏蔽某一点骚扰电流的波形图；
图1c为不同耦合方式下屏蔽层沿线骚扰电流波形图；
图2a为接地网与二次电缆模型一的示意图；
图2b为将模型一中的二次电缆将至地面高度的结构示意图；
图2c为将模型一中二次电缆的接地线断开且在地面处加铜线形成回路的示意图；
图3a为接地网与二次电缆模型二的示意图；
图3b为将模型二中的二次电缆将至地面高度的示意图；
图3c为将模型二中二次电缆的接地线断开且在地面处加铜线形成回路示意图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1a-3c所示，一种变电站二次电缆地回路骚扰区分方法，如下所示：
实施例1
首先在CDEGS软件中建立接地网模型(参见附图2a)，以接地网1左下角的点为坐标原点建立坐标系，接地网1平行于地面，横向为X轴，纵向为Y轴，网格尺寸为10cm*10cm，接地网1总尺寸为120cm*120cm，由尺寸10cm*10cm的网格组成，将其埋于地下0.8米处，接地网1材料为镀锌扁钢，相对电阻率(相对于铜)为10，相对磁导率(相对于铜)为636，半径设为5mm。设Z轴方向垂直地面向下，二次电缆2(二次电缆屏蔽层)设在地面上方1米处，其首末两端的端点坐标分别为为(40,60,-1)和(80,60,-1)，电缆屏蔽层外半径1.5cm，内半径1.4cm，相对电阻率(相对于铜)设为588，相对磁导率(相对于铜)为1，屏蔽层双端接地，分别接于地网上(40,60,0.8)和(80,60,0.8)两点处。在地网上点(40,40,0.8)处注入雷电流，雷电流的双指数模型为I＝10000*(e(-14000*t)-e(-600000*t))，时域波形图如图1a所示。
计算得屏蔽层骚扰电流为总骚扰电流，任取屏蔽层上一点(66,60.-1)观察其时域电流波形，设为I1。
将屏蔽层所在高度降至地面上方1mm处以抑制空间场耦合，其他条件不变(参见附图1(b))，在软件中计算二次电缆屏蔽层沿线电流，提取点(66,60.-1)的时域电流波形，设为I2。
屏蔽层保持不变，接地线在地面处断开，并在地面处增加一根铜导线与屏蔽层并联以形成回路，此时屏蔽层双端浮地以抑制传导耦合，其余条件不变(参见附图2c)，在软件中计算出屏蔽层沿线电流，提取点(66,60.-1)的时域电流波形，设为I3。
I1、I2和I3的关系如图1b所示，其中波形1代表总骚扰电流I1，波形2代表传导耦合骚扰电流I2，波形3代表空间场耦合骚扰电流I3。从图中可以看出，波形3传导耦合骚扰电流与波形1总骚扰电流几乎重合，而波形2空间场耦合骚扰电流近乎为0。
用此方法所计算出的传导耦合电流与空间场耦合电流之和近似于总骚扰电流，说明此种分离传导耦合和空间场耦合的方法可行，且从上数据可以看出，实施例1的工况下，屏蔽层上的骚扰以传导耦合为主。
实施例2
建立同实施例1接地网，以接地网1左下角的点为坐标原点建立坐标系，接地网1平行于地面，横向为X轴，纵向为Y轴，网格尺寸为10cm*10cm，接地网1总尺寸为120cm*120cm，由尺寸10cm*10cm的网格组成，将其埋于地下0.8米处，地网材料为镀锌扁钢，相对电阻率(相对于铜)为10，相对磁导率(相对于铜)为636，半径设为5mm。设Z轴方向垂直地面向下，二次电缆设在地面上方1米处，其首末两端的端点坐标分别为为(40,60,-1)和(80,60,-1)，电缆屏蔽层外半径1.5cm，内半径1.4cm，相对电阻率(相对于铜)设为588，相对磁导率(相对于铜)为1，屏蔽层双端接地，分别接于地网上(40,60,0.8)和(80,60,0.8)两点处。在距离屏蔽层水平5m处的地面正上方增加一个带电回路，带电回路激励源设为工频电压源，幅值为1000A，带电回路采用半径5mm的铜导线。带电回路长40米，高1米，与屏蔽层地回路平行(参见附图2a)。计算此时屏蔽层上沿线电流，设为I1。
将屏蔽层所在高度降至地面上方1mm处以抑制空间场耦合，其他条件不变(参见附图2b)，在软件中计算出屏蔽层上沿线电流，设为I2。
屏蔽层高度保持在地面上方1米不变，在地面处增加一根铜导线与屏蔽层并联，屏蔽层与导线相连形成回路，双端均浮地以抑制传导耦合，其余条件不变(参见附图2c)，在软件中计算出屏蔽层上沿线电流，设为I3。
I1、I2和I3的关系如图1c所示，其中波形1代表总骚扰电流I1，大小为0.986A。波形2代表传导耦合骚扰电流I2，大小为0.052A。波形3代表空间场耦合骚扰电流I3，大小为0.946A。从图中可以看出，波形3空间场耦合骚扰电流十分接近波形1总骚扰电流，相比之下波形2传导耦合骚扰电流近乎为0。
用此方法所计算出的传导耦合电流与空间场耦合电流之和近似于总骚扰电流，说明此种分离传导耦合和空间场耦合的方法可行，且从上数据可以看出，实施例2的工况下，屏蔽层上的骚扰以空间场耦合为主。
图中的Is表示注入地网的电流，本文中为注入地网的雷电流。
本发明提供的变电站二次电缆地回路骚扰区分系统，可用于加载执行上述变电站二次电缆地回路骚扰区分方法，包括：
建模模块：用于根据变电站实际情况建立电缆模型，求出电缆模型中二次电缆屏蔽层的总骚扰电流；
调整计算模块：用于改变电缆模型分别计算传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流；
判断模块：比较传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流大小以判断主导骚扰的耦合方式。
具体而言：
调整计算模块包括：
传导耦合计算模块：用于切断空间场耦合路径，计算出此时由传导耦合引起的骚扰电流I2；
空间场耦合计算模块：切断传导耦合路径，计算出此时由空间场耦合引起的骚扰电流I3
本发明提供的变电站二次电缆地回路骚扰区分系统，还可以是：
包括存储器和处理器；所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述变电站二次电缆地回路骚扰区分方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述变电站二次电缆地回路骚扰区分方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明优选的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变电站二次电缆地回路骚扰区分方法，其特征在于，包括：
根据变电站实际情况建立电缆模型；
改变电缆模型切断空间场耦合路径，具体为：保持其他条件不变，将二次电缆屏蔽层降低至地面高度，计算此时由传导耦合引起的骚扰电流I 2；切断传导耦合路径，具体为：保持其他条件不变，断开二次电缆屏蔽层与接地网间的联系，计算此时由空间场耦合引起的骚扰电流I 3；
比较传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流大小，确定主导骚扰的耦合方式，具体为：比较由传导耦合引起的骚扰电流I 2和由空间场耦合引起的骚扰电流I 3，若I 3不到I 2的1%，则说明传导耦合方式下的二次电缆屏蔽 层骚扰电流占主导，若I 2不到I 3的1%,则确定空间场耦合方式的二次电缆屏蔽层骚扰电流占主导。
2.一种变电站二次电缆地回路骚扰区分系统，其特征在于，包括：
建模模块：用于根据变电站实际情况建立电缆模型，求出电缆模型中二次电缆屏蔽层的总骚扰电流；
调整计算模块：用于改变电缆模型切断空间场耦合路径，具体为：保持其他条件不变，将二次电缆屏蔽层降低至地面高度，计算此时由传导耦合引起的骚扰电流I 2；切断传导耦合路径，具体为：保持其他条件不变，断开二次电缆屏蔽层与接地网间的联系，计算此时由空间场耦合引起的骚扰电流I 3；
判断模块：比较传导耦合方式下和空间场耦合方式下的二次电缆屏蔽层的骚扰电流大小，确定主导骚扰的耦合方式，具体为：比较由传导耦合引起的骚扰电流I 2和由空间场耦合引起的骚扰电流I 3，若I 3不到I 2的1%，则说明传导耦合方式下的二次电缆屏蔽层骚扰电流占主导，若I 2不到I 3的1%，则确定空间场耦合方式的二次电缆屏蔽层骚扰电流占主导。
3.一种变电站二次电缆地回路骚扰区分系统，其特征在于，包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1所述方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。
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