WO2016074483A1 - Gis金属管道系统安全性的模拟计算方法 - Google Patents

Gis金属管道系统安全性的模拟计算方法 Download PDF

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吴栋良
王胪
钱锋
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叶海
郭冰
陈迟
韩文建
付龙海
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Beijing Jiahuasaishi Safe Engineering Services&technologies Ltd
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Yangzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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Beijing Jiahuasaishi Safe Engineering Services&technologies Ltd
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Yangzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of substation safety, in particular to a simulation calculation method for safety of a GIS metal pipeline system.
  • GIS gas-inverted substation
  • the phase line is enclosed in a metal tube.
  • the GIS metal piping system is shown in Figure 1.
  • a substation has a short-circuit fault, there will be a large fault current amplitude in the fault phase, sometimes reaching 10-20kA. Order of magnitude.
  • fault current passes through the phase line, it will cause strong inductive interference to the metal pipeline of the GIS casing.
  • the induced current and induced voltage on the metal pipe are very high, if there is a worker touching the metal pipe casing at this time. It will suffer from excessive induced voltage and induced current, which may cause contact and over-step voltage to be too high, posing a great safety hazard.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a model for the safety of a GIS metal piping system.
  • the proposed calculation method can simulate the potential safety hazards in the design stage and provide assistance and guidance for the safety design of the GIS substation.
  • the present invention provides a simulation calculation method for the safety of a GIS metal piping system, including:
  • an electrical model of the GIS metal pipe including the phase line layer, the insulating gas layer and the metal outer layer is established;
  • the GIS metal pipe system is simulated in the software analysis tool, and the induced voltage and the induced current of the GIS metal shell layer are calculated when the fault current flows through the phase line layer of the GIS metal pipe. And the contact stride voltage generated when a person touches the metal casing.
  • the phase line layer in the electrical model of the GIS metal pipe is a copper material layer, including a circular inner region having a radius of 0.045 m, a relative resistivity of 1, and a relative magnetic permeability of 1.
  • the insulating gas layer in the electrical model of the GIS metal pipe is a sulfur hexafluoride gas layer, and includes a region between a circle having a radius of 0.045 m and a circle having a radius of 0.065 m, and a relative resistivity and a relative magnetic permeability. gigantic.
  • the metal outer layer in the electrical model of the GIS metal pipe is a steel material layer, and includes a region between a circle having a radius of 0.065 m and a circle having a radius of 0.07 m, a relative resistivity of 13, and a relative magnetic permeability. 300.
  • the invention has the following beneficial effects: the invention provides an electrical model of a GIS metal pipe, and performs simulation and calculation in the tool according to the electrical model of the GIS metal pipe, which can be obtained in the design stage in the future failure situation, possibly The safety hazard provides assistance and guidance for the safety design of GIS substation.
  • Figure 1 is a diagram of a GIS metal piping system
  • FIG. 2 is a schematic flow chart of an embodiment of a simulation calculation method for safety of a GIS metal piping system provided by the present invention
  • Figure 3 is a schematic diagram of an electrical model of a GIS metal pipe.
  • FIG. 2 is a schematic flow chart of an embodiment of a simulation calculation method for safety of a GIS metal piping system provided by the present invention, as shown in FIG. 2, including steps:
  • the phase line layer in the electrical model of the GIS metal pipe is a copper material layer, including a circular inner region having a radius of 0.045 m, a relative resistivity of 1, and a relative magnetic permeability of 1.
  • the insulating gas layer in the electrical model of the GIS metal pipe is a sulfur hexafluoride gas layer, and includes a region between a circle having a radius of 0.045 m and a circle having a radius of 0.065 m, and the relative resistivity and the relative magnetic permeability are infinite.
  • the metal outer layer in the electrical model of the GIS metal pipe is a steel material layer, including a region between a circle having a radius of 0.065 m and a circle having a radius of 0.07 m, a relative resistivity of 13, and a relative magnetic permeability of 300.
  • the software analysis tool is CDEGS software or ANASYS software.
  • the software design tool calculates the induced voltage and induced current of the GIS metal shell layer when the large fault current flows in the phase line layer of the GIS metal pipeline, and the contact stride voltage generated when the person touches the metal shell, and can know the current design. The safety of the GIS metal piping system, so as to change the design, etc., to prevent casualties in personnel.
  • the simulation calculation of the safety of the GIS metal piping system is more in line with the actual situation; for the analysis of the GIS substation grounding system, at present, only the performance of the grounding system itself is considered, and for the GIS metal piping system between the metal casing and the grounding system.
  • the existing contact voltage value cannot be calculated efficiently.
  • the professional analysis tool can directly analyze the induced voltage and the induced current of the GIS metal pipeline shell when the short-circuit fault occurs in the GIS substation, and the GIS metal shell and the grounding system are obtained when the large-scale fault current flows in the GIS metal pipeline phase line.
  • the contact between the step voltages allows for better design and placement of the grounding system and GIS metal piping system locations.
  • the steps of a method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein can be implemented directly in hardware, a software module executed by a processor, or a combination of both.
  • the software module can be placed in random access memory (RAM), memory, read only memory (ROM), electrically programmable ROM, electrically erasable programmable ROM, registers, hard disk, removable disk, CD-ROM, or technical field. Any other form of storage medium known.

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Abstract

一种GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，包括：根据GIS金属管道的结构和电气特性建立包括相线层、绝缘气体层和金属外壳层的GIS金属管道电气模型(S101)；根据建立的所述GIS金属管道电气模型，在软件分析工具中对GIS金属管道系统进行模拟，并计算在GIS金属管道的相线层中流过故障电流时GIS金属外壳层的感应电压和感应电流，以及人员接触金属外壳时产生的接触跨步电压(S102)。本方案可以在设计阶段对未来可能产生的安全隐患进行模拟计算，为GIS变电站的安全性设计提供帮助和指导。

Description

GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法 技术领域
本发明涉及变电站安全技术领域，尤其涉及一种GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法。
背景技术
目前，随着中国工业化的快速发展、可用面积的减少，不断出现高压变电站位于城区市内的情况。与常规的位于郊区的变电站相比，市内变电站可用面积较小，设备紧凑度高。为了更好的在有限的空间中布置变电站所需的设置和设备，现在对于市内变电站多采用气体绝缘变电站(GIS,Gas Insulated Substation)系统，GIS是全部或部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。GIS具有占地面积小、元件密封不受环境干扰、运行可靠性高、维护工作量小等优势，因而在市内变电站建设中得到广泛使用。
对于GIS系统而言，将相线封闭在金属管内，GIS金属管道系统如图1所示，在变电站发生短路故障时，故障相中会有很大的故障电流幅值，有时会达到10-20kA的数量级。在如此大幅值的故障电流通过相线时，会对GIS外壳的金属管线产生很强的感应干扰，有时金属管道上的感应电流和感应电压非常高，如果此时有工作人员接触到金属管线外壳，就会遭受到过高的感应电压和感应电流，容易造成接触、跨步电压过高，有很大的安全隐患。目前，对于GIS系统的研究，国内研究者主要关注于GIS自身结构的设计和优化布置工作，而对于故障情况下GIS系统对周边人员的安全性分析还处于空白。并且对于GIS金属管道系统来说目前的研究工作中暂时还未有一个成型的模型，以及基于该模型进行相应的安全性分析工作也仍是空白。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种GIS金属管道系统安全性的模 拟计算方法，可以在设计阶段对未来可能产生的安全隐患进行模拟计算，为GIS变电站的安全性设计提供帮助和指导。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，包括：
根据GIS金属管道的结构和电气特性建立包括相线层、绝缘气体层和金属外壳层的GIS金属管道电气模型；
根据建立的所述GIS金属管道电气模型，在软件分析工具中对GIS金属管道系统进行模拟，并计算在GIS金属管道的相线层中流过故障电流时GIS金属外壳层的感应电压和感应电流，以及人员接触金属外壳时产生的接触跨步电压。
其中，所述GIS金属管道电气模型中的相线层为铜质材料层，包括半径为0.045m的圆内区域，相对电阻率为1，相对磁导率为1。
其中，所述GIS金属管道电气模型中的绝缘气体层为六氟化硫气体层，包括半径为0.045m的圆与半径为0.065m的圆之间的区域，相对电阻率和相对磁导率为无穷大。
其中，所述GIS金属管道电气模型中的金属外壳层为钢质材料层，包括半径为0.065m的圆与半径为0.07m的圆之间的区域，相对电阻率为13，相对磁导率为300。
实施本发明，具有如下有益效果：本发明提供了一种GIS金属管道电气模型，并根据GIS金属管道电气模型在工具中进行模拟和计算，可以在设计阶段得出在未来故障情况下，可能产生的安全隐患，为GIS变电站的安全性设计提供帮助和指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是GIS金属管道系统图；
图2是本发明提供的GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法的一个实施例的流程示意图；
图3是GIS金属管道电气模型的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是本发明提供的GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法的一个实施例的流程示意图，如图2所示，包括步骤：
S101、根据GIS金属管道的结构和电气特性建立包括相线层、绝缘气体层和金属外壳层的GIS金属管道电气模型。
其中，如图3所示，所述GIS金属管道电气模型中的相线层为铜质材料层，包括半径为0.045m的圆内区域，相对电阻率为1，相对磁导率为1。所述GIS金属管道电气模型中的绝缘气体层为六氟化硫气体层，包括半径为0.045m的圆与半径为0.065m的圆之间的区域，相对电阻率和相对磁导率为无穷大。所述GIS金属管道电气模型中的金属外壳层为钢质材料层，包括半径为0.065m的圆与半径为0.07m的圆之间的区域，相对电阻率为13，相对磁导率为300。
S102、根据建立的所述GIS金属管道电气模型，在软件分析工具中对GIS金属管道系统进行模拟，并计算在GIS金属管道的相线层中流过故障电流时GIS金属外壳层的感应电压和感应电流，以及人员接触金属外壳时产生的接触跨步电压。
其中，所述软件分析工具为CDEGS软件或ANASYS软件。通过软件分析工具计算出来GIS金属管道的相线层中流过大故障电流时GIS金属外壳层的感应电压和感应电流，以及人员接触金属外壳时产生的接触跨步电压之后，可以得知当前设计的GIS金属管道系统的安全性，从而进行更改设计等，以防止后期对人员造成伤亡。
本发明具有以下有益效果：
(1)目前的工作无法对GIS金属管道系统进行有效的模拟，所以在设计和研究中无法有效的考虑存在GIS金属管道系统时变电站接地系统和GIS金属管道系统安全性。通过本发明，可以对变电站接地系统和GIS金属管道系统安全性进行模拟计算。
(2)对于GIS金属管道系统的安全性的模拟计算更符合实际情况；对于GIS变电站接地系统分析时，目前多仅仅考虑接地系统自身的性能，而对于GIS金属管道系统金属外壳和接地系统之间存在的接触电压值无法进行有效计算。通过本发明，可以通过专业分析工具直接分析GIS变电站发生短路故障情况下，在GIS金属管道相线中流过大幅值故障电流时GIS金属管线外壳的感应电压、感应电流并得到GIS金属外壳和接地系统之间的接触跨步电压，从而可以更好的进行接地系统和GIS金属管道系统位置的设计和布置。
(3)本发明方法简单，便于操作实现。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它 实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

  1. 一种GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，其特征在于，包括：
    根据GIS金属管道的结构和电气特性建立包括相线层、绝缘气体层和金属外壳层的GIS金属管道电气模型；
    根据建立的所述GIS金属管道电气模型，在软件分析工具中对GIS金属管道系统进行模拟，并计算在GIS金属管道的相线层中流过故障电流时GIS金属外壳层的感应电压和感应电流，以及人员接触金属外壳时产生的接触跨步电压。
  2. 如权利要求1所述的GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，其特征在于，所述GIS金属管道电气模型中的相线层为铜质材料层，包括半径为0.045m的圆内区域，相对电阻率为1，相对磁导率为1。
  3. 如权利要求1所述的GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，其特征在于，所述GIS金属管道电气模型中的绝缘气体层为六氟化硫气体层，包括半径为0.045m的圆与半径为0.065m的圆之间的区域，相对电阻率和相对磁导率为无穷大。
  4. 如权利要求1所述的GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，其特征在于，所述GIS金属管道电气模型中的金属外壳层为钢质材料层，包括半径为0.065m的圆与半径为0.07m的圆之间的区域，相对电阻率为13，相对磁导率为300。
  5. 如权利要求1所述的GIS金属管道系统安全性的模拟计算方法，其特征在于，所述软件分析工具为CDEGS软件或ANASYS软件。
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