变电站瞬态电磁场对二次电缆的电磁耦合机理研究

论文摘要

研究变电站瞬态电磁环境下二次电缆的电磁耦合问题具有极为重要的理论意义和实用价值。本文结合国家杰出青年科学基金项目“电磁干扰的耦合机理”（No.50325723）,重点研究了屏蔽电缆的转移阻抗、转移导纳和单位长参数的宽频测量方法以及变电站系统短路故障、雷击和开关操作对站内二次电缆的电磁耦合机理,通过与测量结果及其他文献的计算结果进行比较,验证了本文测量方法和计算方法的正确性。本文主要创新成果如下:1.提出了一种新的测量屏蔽电缆转移阻抗和转移导纳的简便方法。该方法既可以得到转移阻抗和转移导纳的幅频特性,又可以得到其相频特性,且测试系统比较简单;不仅适用于单芯屏蔽电缆,还可以用于多芯屏蔽电缆的转移阻抗和转移导纳测量。通过与其他测量方法的测量结果进行比较,验证了本文测量方法的正确性。2.提出了一种用于研究架空线、埋地电缆和同轴电缆等含频变参数多导体传输线瞬态电磁过程的时域有限差分计算方法。通过与现有方法的计算结果及实验结果进行比较,充分验证了本文计算方法的正确性。3.提出了计算变电站接地网接地性能的频域有限元方法。与三维有限元的A-V方法相比,本文计算方法的计算量大大降低,且可以考虑频率对接地网接地性能的影响。同时,本文方法可以方便地应用于复合土壤结构中接地网的接地性能分析,与电路理论中的节点电压方程相结合,还可以用于多个激励源（电压源和电流源）、含集中参数元件（电阻、电感和电容）情况下接地网的接地性能分析。通过与矩量法和测量结果进行比较,充分验证了本文计算方法的正确性和有效性。4.提出了远场作用下场线耦合的时域有限差分计算模型,该计算模型不仅适用于均匀土壤,还可以用于水平分层土壤。将矩量法与传输线理论相结合,还提出了近场作用下场线耦合的频域计算模型,并用于计算变电站开关操作产生的空间电磁场对站内屏蔽电缆的电磁干扰。通过与现有方法和EMTP的计算结果进行比较,验证了本文计算方法的正确性。5.结合工程实例分别研究了系统短路故障、雷击和开关操作对500kV变电站二次电缆的电磁耦合问题,通过500kV变电站的现场试验和华北电力大学试验接地网上的模拟试验验证了本文计算方法的正确性,为进一步研究变电站各种电磁骚扰源通过不同耦合途径对二次电缆端接设备的综合影响问题奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 屏蔽电缆转移阻抗和转移导纳的宽频测量
• 2.1 屏蔽电缆参数
• 2.1.1 单位长参数
• 2.1.2 转移阻抗和转移导纳
• 2.2 测量原理
• 2.3 实验模型与实验结果
• 2.3.1 单芯屏蔽电缆
• 2.3.2 多芯屏蔽电缆
• 2.4 小结
• 第三章 含频变参数多导体传输线的时域计算方法
• 3.1 频变参数的计算
• 3.1.1 导线内阻抗的计算
• 3.1.2 大地返回阻抗的计算
• 3.2 基于 FDTD 的时域计算方法
• 3.3 方法验证
• 3.3.1 埋地电缆系统
• 3.3.2 同轴电缆系统
• 3.4 小结
• 第四章 变电站接地网的频域有限元方法
• 4.1 计算方法的基本原理
• 4.2 接地阻抗和磁场强度计算
• 4.2.1 接地阻抗计算
• 4.2.2 磁场强度计算
• 4.3 计算方法的验证
• 4.4 小结
• 第五章 外部电磁场作用下的场线耦合计算模型
• 5.1 远场作用下的时域计算模型
• 5.1.1 水平分层土壤的土壤阻抗和土壤反射系数
• 5.1.2 Agrawal 传输线模型
• 5.1.3 基于 FDTD 的时域计算方法
• 5.2 方法验证
• 5.2.1 均匀土壤情况
• 5.2.2 两层土壤情况
• 5.3 近场作用下的频域计算模型
• 5.4 方法验证
• 5.5 小结
• 第六章 变电站二次电缆的电磁耦合计算及试验研究
• 6.1 计算方法
• 6.2 工程应用
• 6.2.1 系统短路故障情况
• 6.2.2 雷击接地网情况
• 6.2.3 开关操作情况
• 6.3 试验验证
• 6.3.1 工频短路试验
• 6.3.2 冲击接地试验
• 6.3.3 开关操作
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表论文及科研工作