CN115792352B - 一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，包括以下步骤：构建GIL沿线电压的分布参数计算模型，基于所述分布参数计算模型，获取不同距离下GIL的电压分布和电磁波波长；基于所述电压分布和电磁波波长，获得不同长度下GIL线路上的最高过电压，基于所述最高过电压，获得GIL线路的预警临界长度。本发明给出了通用的GIL空载线路沿线过电压解析计算方法，避免了过电压仿真建模的过程，可以显著加快线路设计效率。
Description
技术领域
本发明属于电气装备领域，特别是涉及一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法。
背景技术
气体绝缘输电线路(GIL)是金属外壳与导体同轴布置，采用SF6气体或SF6/N2混合气体作为绝缘介质的高电压、大电流电力传输的全封闭装备。相较于架空线和电缆，GIL设备具有传输容量大、单位损耗低、电磁干扰小、运行可靠性高、占地面积少等显著优势，在大型水电站、核电站的电能送出场合，以及江河跨越、高山穿越、城市管廊输电等场合具有广泛应用前景。当GIL应用于城市地下管廊输电时，会由于容升效应产生过电压，威胁设备绝缘安全与检修人员的人身安全。对于长距离GIL输电而言，由于容升效应导致的过电压会更加明显。因此，准确评估长距离GIL的过电压分布具有重要意义。
目前关于GIL过电压的计算主要集中在暂态过电压，即断路器或隔离开关操作时的操作过电压，或雷击导致的雷电过电压。对于空载GIL线路过电压的计算参考十分有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，包括以下步骤：
构建GIL沿线电压的分布参数计算模型，基于所述分布参数计算模型，获取不同距离下GIL的电压分布和电磁波波长；
基于所述电压分布和电磁波波长，获得不同长度下GIL线路上的最高过电压，基于所述最高过电压，获得GIL线路的预警临界长度。
可选的，构建GIL沿线电压的分布参数计算模型的过程包括：基于GIL高压导体单位长度的电阻、GIL高压导体单位长度的电感、GIL管道绝缘单位长度的电导和GIL管道单位长度的电容，获得GIL线路的传播系数；基于GIL线路的首端电压、长度和所述传播系数，构建GIL沿线电压的分布参数计算模型。
可选的，获取电磁波波长的过程包括：提取传播系数的虚部，获得电磁波波长。
可选的，获得不同长度下GIL线路的最高过电压的过程包括：若GIL线路长度与电磁波波长的比值小于等于预设阈值，则GIL线路的最高过电压在线路末端；当GIL线路长度与电磁波波长的比值大于等于预设阈值，则GIL线路的最高过电压在线路首端。
可选的，当GIL线路的最高过电压在线路末端时，用下式表示：
其中，U1为在线路末端的最高过电压，U0为首端电压，l和γ分别为GIL线路的长度和传播系数。
可选的，当GIL线路的最高过电压在线路首端时，用下式表示：
其中，U2为在线路首端的最高过电压，U0为首端电压，l和γ分别为GIL线路的长度和传播系数。
可选的，获得GIL线路的预警临界长度的过程包括：基于绝缘裕度系数，获得最高过电压对应的GIL线路的预警临界长度；其中，所述绝缘裕度系数为所述最高过电压与首端电压的比值。
本发明的技术效果为：
(1)本发明能够在只知道GIL高压导体单位长度的电阻、GIL高压导体单位长度的电感、GIL管道绝缘单位长度的电导、GIL管道单位长度的电容四个参数情况下，计算出GIL沿线电压分布特性，并确定最高过电压、预警临界长度等参数，满足GIL可靠设计要求。
(2)本发明给出了通用的GIL空载线路沿线过电压解析计算方法，避免了过电压仿真建模的过程，可以显著加快线路设计效率。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的构建的GIL沿线电压的分布参数计算模型；
其中：R0-GIL高压导体单位长度的电阻，L0-GIL高压导体单位长度的电感，G0-GIL管道绝缘单位长度的电导，C0-GIL管道单位长度的电容，U0-GIL首端电压；
图2为本发明实施例中的长距离GIL过电压计算及预警方法流程图；
图3为本发明实施例中的800kVGIL沿线电压分布计算结果示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1-3所示，本实施例中提供一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，本实施例的计算模型和方法能够在只知道GIL高压导体单位长度的电阻R0、GIL高压导体单位长度的电感L0、GIL管道绝缘单位长度的电导G0、GIL管道单位长度的电容C0四个参数情况下，即可计算出GIL沿线电压分布特性，通过给定的预警判据即可得出GIL输电线路的临界长度。本实施例可以有效减少长距离GIL设计阶段带来的过电压风险，极大提高长距离GIL的安全可靠性。
为实现上述目的，本实施例采用如下技术方案，一种长距离GIL过电压计算模型及预警方法，该方法包括如下步骤：构建GIL沿线电压的分布参数计算模型；根据模型计算不同距离下GIL的电压分布和GIL中的电磁波波长；根据电压分布和电磁波波长绘制不同长度下GIL高压导体上的最高过电压；根据绝缘安全裕度给出最大过电压预警值，计算对应的GIL预警临界长度。
可实施的，GIL沿线电压的分布参数计算模型包括GIL高压导体单位长度的电阻R0、GIL高压导体单位长度的电感L0、GIL管道绝缘单位长度的电导G0、GIL管道单位长度的电容C0等四个参数以及GIL首端电压U0，距离GIL首端x处的距离微分dx。上述四个参数由设备制造厂给出或通过设备制造厂家给出的GIL结构尺寸和材料性质推算出，也可以通过常规试验测得。GIL沿线电压分布采用下式计算：
式中U(x)和U0分别表示距离首端x处的电压和首端电压，l和γ分别为GIL线路的长度和传播系数，γ用下式计算：
可实施的，不同距离下GIL的电压分布和GIL中的电磁波波长计算包括利用沿线电压的分布参数计算模型，计算不同距离时的最高电压，其中电磁波波长λ与传播系数有关，采用下式进行计算：
式中，Im表示提取复数的虚部。
可实施的，根据电压分布和电磁波波长绘制不同长度下GIL中的最高过电压，包括判定GIL线路长度l与GIL中的电磁波波长λ的数量关系，若l≤λ/4，则GIL线路最高过电压出现在线路末端，其值U1用下式表示：
若l＞λ/4，则GIL线路最高过电压出现在距线路首端λ/4距离处，其值U2用下式表示：
可实施的，根据绝缘安全裕度给出的最大过电压预警值计算对应的GIL预警临界长度，包括根据绝缘裕度系数K，得到设备的预警临界长度lc，裕度系数K应满足下式：
K≥U(x)max/U0 (6)
U(x)max由式(4)或式(5)确定，预警临界长度lc是使得式(6)取等号时l的值。
以典型的800kVGIL为例，其R0＝10×10-6Ω/m，L0＝0.247×10-6H/m，G0＝10×10- 15S/m，C0＝45×10-12F/m。计算得到800kV电压下GIL沿线电压振荡波长约为3000km，在1/4波长处电压为1105kV，过电压倍数达1.37。若以1.1倍绝缘裕度系数作为预警判据，计算得出该线路的临界预警长度为410km。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建GIL沿线电压的分布参数计算模型，基于所述分布参数计算模型，获取不同距离下GIL的电压分布和电磁波波长；
基于所述电压分布和电磁波波长，获得不同长度下GIL线路上的最高过电压，基于所述最高过电压，获得GIL线路的预警临界长度；
GIL沿线电压的分布参数计算模型包括GIL高压导体单位长度的电阻R0、GIL高压导体单位长度的电感L0、GIL管道绝缘单位长度的电导G0、GIL管道单位长度的电容C0四个参数以及GIL首端电压U0，距离GIL首端x处的距离微分dx；GIL沿线电压分布采用下式计算：
式中U(x)和U0分别表示距离首端x处的电压和首端电压，l和γ分别为GIL线路的长度和传播系数，γ用下式计算：
2.根据权利要求1所述的长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，
构建GIL沿线电压的分布参数计算模型的过程包括：基于GIL高压导体单位长度的电阻、GIL高压导体单位长度的电感、GIL管道绝缘单位长度的电导和GIL管道单位长度的电容，获得GIL线路的传播系数；基于GIL线路的首端电压、长度和所述传播系数，构建GIL沿线电压的分布参数计算模型。
3.根据权利要求1所述的长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，
获取电磁波波长的过程包括：提取传播系数的虚部，获得电磁波波长。
4.根据权利要求1所述的长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，
获得不同长度下GIL线路的最高过电压的过程包括：若GIL线路长度与电磁波波长的比值小于等于预设阈值，则GIL线路的最高过电压在线路末端；当GIL线路长度与电磁波波长的比值大于等于预设阈值，则GIL线路的最高过电压在线路首端。
5.根据权利要求4所述的长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，
当GIL线路的最高过电压在线路末端时，用下式表示：
其中，U1为在线路末端的最高过电压，U0为首端电压，l和γ分别为GIL线路的长度和传播系数。
6.根据权利要求4所述的长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，
当GIL线路的最高过电压在线路首端时，用下式表示：
其中，U2为在线路首端的最高过电压，U0为首端电压，l和γ分别为GIL线路的长度和传播系数。
7.根据权利要求1所述的长距离气体绝缘输电线路过电压计算及预警方法，其特征在于，
获得GIL线路的预警临界长度的过程包括：基于绝缘裕度系数，获得最高过电压对应的GIL线路的预警临界长度；其中，所述绝缘裕度系数为所述最高过电压与首端电压的比值。
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