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              分析變電站空載負(fù)載測試儀試驗(yàn)


              分析變電站空載負(fù)載測試儀試驗(yàn)
              1 引言
                長期以來,我國一直把繼電保護(hù)等二次設(shè)備安裝在變電站主控樓內(nèi)。將這些二次設(shè)備下放到變電站開關(guān)場內(nèi),不僅可以把電流、電壓信號就地信息化,而且具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在三峽輸變電建設(shè)工程中將有一批500 kV變電站的二次設(shè)備下放到開關(guān)場內(nèi)。
                制約二次設(shè)備下放的一個(gè)重要技術(shù)問題是電磁干擾(EMI)問題,一些發(fā)達(dá)國家特別是美國電力科學(xué)研究院(EPRI),近二十年來對此問題進(jìn)行過較為深入的研究[1]。而國內(nèi)的研究只處于起步階段。
                分析變電站空載負(fù)載測試儀試驗(yàn),根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn),變電站二次設(shè)備較嚴(yán)重的干擾源主要有:變電站開關(guān)操作、短路故障、輻射電磁場以及自然界的雷電作用。其中尤以用斷路器和隔離開關(guān)切、合短空載母線產(chǎn)生的EMI*為嚴(yán)重。此時(shí),母線上產(chǎn)生的電磁波過程不僅通過傳導(dǎo)耦合,而且通過空間電磁場輻射耦合到二次設(shè)備。所以為了研究空載母線波過程產(chǎn)生的輻射電磁場,首先應(yīng)計(jì)算母線上的波過程。
                國內(nèi)外輸電線路波過程的分析、計(jì)算方法已近成熟[2],但對于變電站空載母線的波過程計(jì)算方法的研究報(bào)道極少。本文采用多導(dǎo)體傳輸線(MTL)理論建立了變電站空載母線波過程的計(jì)算模型,討論了求解MTL的時(shí)域有限差分(FDTD)法,對無損耗、無負(fù)載的變電站空載母線波過程進(jìn)行了數(shù)值分析,計(jì)算結(jié)果可用于變電站開關(guān)場內(nèi)二次設(shè)備EMI問題的研究。
                2 多導(dǎo)體傳輸線的基本方程
                均勻MTL模型如圖1所示[3]。對于非均勻MTL,一般可以分段均勻化,然后按照均勻MTL處理[4]或按照卷積-特征線方法處理[5]。
                MTL模型可用時(shí)域電報(bào)方程描述如下[4

                式中 z軸為傳輸方向;VI分別為線上z點(diǎn)時(shí)刻t的電壓和電流列矢量;VFIF分別為z處時(shí)刻t的激勵(lì)電壓源和電流源列矢量;LCRG分別為MTL的單位長電感、電容、電阻和電導(dǎo)矩陣。這些分布參數(shù)矩陣可以通過電磁場方法根據(jù)MTL幾何尺寸和媒質(zhì)參數(shù)計(jì)算。

                3 MTLFDTD
                FDTD是一種應(yīng)用非常廣泛的電磁場數(shù)值計(jì)算方法[6],所需內(nèi)存少、易處理復(fù)雜物體、算法簡單,特別適于電磁場的時(shí)域分析。Paul教授首先應(yīng)用FDTD法對無分支的MTL進(jìn)行了計(jì)算,并與實(shí)際測試進(jìn)行了比較,取得較好的計(jì)算結(jié)果[7]。
                將MTL按圖2進(jìn)行離散,沿線電壓離散為NDZ1個(gè)點(diǎn),沿線電流離散為NDZ個(gè)點(diǎn)。時(shí)域電報(bào)方程(1)和(2)通過空間-時(shí)域差分近似離散為:
                 (4
                式中 Δz為沿線空間步長,Δt為時(shí)間步長;下標(biāo)表示空間位置點(diǎn),式(3)中k1NDZ的整數(shù),式(4)中k1NDZ1的整數(shù);上標(biāo)為時(shí)間序列,n為自然數(shù)。電壓量上標(biāo)為零、電流量上標(biāo)為1/2時(shí)表示初始值,始端邊界條件I0=0INDZ+1=0。顯然,式(3)和(4)為一組空間-時(shí)間差分方程,可以采用迭代法求解。迭代過程采用如圖3所示的跳蛙式方法[7],依次對電流、電壓進(jìn)行計(jì)算。
                為了保證算法穩(wěn)定,要求t≤△zv。其中v為電磁波在MTL中傳播的*大模式速度,可用MTL模式分析法獲得[3]。

                圖3 FDTD迭代過程
                4 FDTD算法驗(yàn)證
                在輸電線路波過程分析中,多采用Bergeron法。由于該法將傳輸線等效為諾頓電路或戴維南電路,按電路理論進(jìn)行計(jì)算[24],所以只能求解節(jié)點(diǎn)處的電壓和電流波過程。對于傳輸線上的某一離散點(diǎn),應(yīng)人為設(shè)置一個(gè)假想的節(jié)點(diǎn),因此難以求解傳輸線上所有離散點(diǎn)的電壓和電流波過程。
                為驗(yàn)證FDTD法的有效性,分別應(yīng)用FDTD法和Bergeron法計(jì)算圖4所示三導(dǎo)體無損耗傳輸線的串音問題,其中,VS2為單位階躍電壓源,RS1RS2RL1RL2分別為50Ω,線長05m,初始條件為零,其單位長電感和電容矩陣可計(jì)算得:

                圖4 兩線串音問題
                圖5分別為FDTD法和Bergeron法的計(jì)算結(jié)果,其中曲線ABCD分別為圖4中相應(yīng)的四點(diǎn)的電壓波形。
                從圖5可以看出,FDTD法和Bergeron法所得結(jié)果基本吻合,只是FDTD法產(chǎn)生了一些毛刺,但不會導(dǎo)致大的誤差。

                圖5 FDTDBergeron法計(jì)算結(jié)果比較
                5 變電站空載母線的波過程計(jì)算
                分析變電站空載負(fù)載測試儀試驗(yàn)圖6為某變電站500kV空載母線簡化模型,其中只考慮一組母線和引線,且母線上不帶負(fù)載,忽略線路和構(gòu)架的影響。L2L3為母線,L1為引線,L150 mL290 mL350 mh16 m。母線間隔65 m,引線間隔8 m。母線采用LGJQT1400型特種輕型鋼芯鋁絞線。在模型中,忽略母線間的臨近效應(yīng)和兩端的邊緣效應(yīng),且設(shè)母線無損耗,大地為無限大完純導(dǎo)體平面,其母線單位長電感和電容矩陣分別為

              滬公網(wǎng)安備 31010602002582號

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