CN113836718B - 一种高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法，方法基于高速磁浮综合接地系统的接地装置的数值模拟计算，方法包括如下步骤：数值计算等效电路生成：对接地装置的金属体结构进行小段导体分解；以小段导体交点作为局部计算中心，以交点连接的小段导体作为一个局部导体网络，建立等效电路图；以等效电路图及小段导体满足的基尔霍夫电流定律建立方程组计算上述小段导体组成的导体网络的漏电流分布；由漏电流分布计算导体网络对应位置处的高速磁浮主变压器流入的直流电流，获取直流偏磁影响。按照本发明实现的直流偏磁计算方法，直接计算出主变所变压器中的直流分量，从而可以避免在主变所变压器中使用电流互感器进行电流的计算，提高直流电流计算的精度和简化程度。
Description
技术领域
本申请属于高速磁浮领域，尤其涉及一种高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法。
背景技术
当直流输电系统在系统调试或单极故障情况下，会采用以大地为回路的运行方式。此时，巨大的电流流入大地并在很大范围内造成地电位的明显差异。由于高速磁浮采用三相供电电力系统，为减小单相短路电流，中性点考虑接地后，也同高速磁浮综合接地系统构成了多点分散接地系统。因此，直流单极输电时，磁浮主变电所与磁浮综合接地系统之间会形成直流通路，如果直流电流过大，会对变压器造成直流偏磁效应。引起变压器噪声增大、振动加剧、局部过热等问题。
高速磁浮一般选址在发达地区，同样，发达地区作为负荷中心，也会建设直流输电受端换流站。距离直流接地极较近的磁浮项目需要开展评估计算来保证主变电所变压器不会受到直流偏磁的影响，但现有技术的计算仅仅考虑2座主变电所之间的直流偏磁电流，忽略掉了数十公里长距离磁浮综合接地系统的直流偏磁电流，计算精度受到影响。
发明内容
本发明建立了一种直流接地极对高速磁浮主变电所变压器直流偏磁影响的评估计算方法。本发明的目的是在已知土壤、直流接地极干扰源和整条高速磁浮系统参数的情况下，提出一种程式化的的变压器直流偏磁评估计算方法。
本发明提出了一种高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法，其特征在于，所述方法基于高速磁浮综合接地系统的接地装置的数值模拟计算，所述方法包括如下步骤：
数值计算等效电路生成：对所述接地装置的金属体结构进行小段导体分解；以所述小段导体交点作为局部计算中心，以所述交点连接的所述小段导体作为一个局部导体网络，建立等效电路图；
以所述等效电路图及所述小段导体满足的基尔霍夫电流定律建立方程组计算上述小段导体组成的导体网络的漏电流分布；
由所述漏电流分布计算所述导体网络对应位置处的高速磁浮主变压器流入的直流电流，获取直流偏磁影响。
进一步地，所述小段导体满足的基尔霍夫定律为：是该段导体漏电流，/>是该段导体注入电流，/>及/>分别为所述小段导体的两端流入电流。
进一步地，所述等效电路图中φ1、φ2、...、φk、...、φq是整个埋地导体网络中所有导体的漏电流在各段导体中点上产生的电位，Z1 - 1、Z2 - 2、...、Zk - k、...、Zq - q分别为第1、2、...、k、...、q段导体起点到中点之间的自阻抗，R1-out、R2-out、...Rk-out、...、Rq-out是第1、2、...、k、...、q段导体包覆的绝缘层电阻。
进一步地，所述计算方法进一步包括：通过电磁探测法获得接地极和高速磁浮所在地区的表层和深层土壤电阻率分布，建立土壤电阻模型。
目前高速磁浮主变压器直流偏磁装置需要测量变压器绕组中的交流电流并通过一定算法解析出直流分量。本发明可直接计算出变压器中的直流分量，从而在主变所变压器端无需设置电流传感器进行检测，提高了测量方法的精确度。
附图说明
图1是高速磁浮主变电所与综合接地系统之间的直流通路示意图；
图2是单根导体的电流分布示意图；
图3是多根导体的电流分布示意图；
图4是多根导体的等效电路图。
具体实施方式
本发明主要提出一种高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法，包括如下步骤：
(1)通过电磁探测法获得接地极和高速磁浮所在地区的表层和深层土壤电阻率分布，建立土壤模型；
(2)根据接地极参数、位置和高速磁浮系统参数、位置建立直流接地极模型和高速磁浮综合接地系统模型；
(3)计算高速磁浮主变电所变压器流入的直流电流i0。
高速磁浮综合接地系统在桥梁，路基，隧道区段有大量接地钢筋，纵向贯通，横向连接，与主变电所变压器接地极之间构成了以大地，馈电线为通路的直流回路，如图1所示。
本发明采用数值计算的方法来计算评估高速磁浮主变电所受到直流偏磁场的影响，原理如下。其中高速磁浮接地装置可以看作多段金属圆柱导体连接起来的金属体：
其中埋地导体周围土壤中任一点的电位是由所有导体的泄漏电流共同产生的，在进行接地装置电位计算时，需要求出每段导体的漏电流分布。
首先将导体分段，分段后的导体小段越短，计算得到的漏电流分布及小段导体电位分布与实际情况越接近。同时，当分割得到的每一小段导体足够小时，可以认为漏电流从这一小段的中点集中流出。每一小段导体都满足基尔霍夫电流定律：如图2所示。
在图2中是该段导体漏电流，/>是该段导体注入电流。以小段导体的交点为一个局部计算中心，交点连接的导体作为一个局部导体网络，建立局部导体电路图。局部导体示意图如图3所示。依照图3建立局部导体的电路图如图4所示。电路图中φ1、φ2、...、φk、...、φq是整个埋地导体网络中所有导体的漏电流在各段导体中点上产生的电位，Z1 - 1、Z2 - 2、...、Zk - k、...、Zq - q分别为第1、2、...、k、...、q段导体起点到中点之间的自阻抗，R1-out、R2-out、...Rk-out、...、Rq-out是第1、2、...、k、...、q段导体包覆的绝缘层电阻。
电路图中所有的电压源φ1、φ2、...、φk、...、φq都是漏电流的函数，电路图中的电流是电压源和电阻的函数，所以电路图中的电流是漏电流和电阻的函数，因为电路图中的电流和对应小段的漏电流满足基尔霍夫电流定律，每一小段导体都可以得到一个电流方程只包含漏电流和电阻的方程。所有的小导体段的方程组合起来可以得到一个只含有漏电流和电阻的方程组，求解这个方程组就可以求出所有导体段的漏电流分布。埋地导体周围土壤中任一点的电位是由所有导体的泄漏电流共同产生的。现在已经求出高速铁路沿线所有金属的漏电流分布，自然就可以得到某一位置处的高速磁浮主变压器流入的直流电流了。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法，其特征在于，所述方法基于高速磁浮综合接地系统的接地装置的数值模拟计算，所述方法包括如下步骤：
数值计算等效电路生成：通过电磁探测法获得接地极和高速磁浮所在地区的表层和深层土壤电阻率分布，建立土壤电阻模型；根据接地参数、位置和高速磁浮参数、位置建立直流接地模型和高速磁浮综合接地系统模型；对所述接地装置的金属体结构进行小段导体分解；以所述小段导体交点作为局部计算中心，以所述交点连接的所述小段导体作为一个局部导体网络，根据所述土壤电阻模型、所述直流接地模型以及高速磁浮综合接地系统模型建立与局部导体网络对应的等效电路图；
以所述等效电路图及所述小段导体满足的基尔霍夫电流定律建立由漏电流变量和电阻变量组成的方程组，求解所述方程组得到所述小段导体组成的导体网络的漏电流分布；
由所述漏电流分布计算所述导体网络对应位置处的高速磁浮主变压器流入的直流电流，获取直流偏磁影响。
2.如权利要求1中所述的高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法，其特征在于，所述小段导体满足的基尔霍夫定律为： 是该段导体漏电流，/>是该段导体注入电流，/>及/>分别为所述小段导体的两端流入电流。
3.如权利要求2中所述的高速磁浮主变电所变压器直流偏磁计算方法，其特征在于，所述等效电路图中φ1、φ2、...、φk、...、φq是整个埋地导体网络中所有导体的漏电流在各段导体中点上产生的电位，分别为第1、2、...、k、...、q段导体起点到中点之间的自阻抗，R1-out、R2-out、...Rk-out、...、Rq-out是第1、2、...、k、...、q段导体包覆的绝缘层电阻。
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