一种用于气体绝缘变电站的跨步电压的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种用于气体绝缘变电站的跨步电压的计算方法，在对全封闭式组合电器的外壳环流情况、接地情况，以及壳体电位分布情况进行精确计算的前提下，对变电站中的土壤情况和接地系统建立其有限元分析下的三维电场模型。进而得到土壤表面的电位分布情况，从而在此基础上得到变电站内跨步电压的分布情况，本发明专利技术的方法不仅计算精度大大提高，可以对变电站中的问题进行更为精确的计算，还可以有针对性的对变电站中故障情况下的问题进行有效的预防和维护。该方法还具有一定的经济性，在有针对性的预防下，减少不必要的经济损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于气体绝缘变电站内跨步电压的计算方法，属于电力系统运行 分析和安全控制领域。
技术介绍
电力设备发生接地故障时，接地故障电流流过接地装置，在大地表面形成分布电 位，地面上水平距离0. 8m的两点间的电位差，称为跨步电位差，人体两脚接触该两点时所 承受的电压，称为跨步电压。 随着电力系统电压等级的不断提高，气体绝缘变电站中，由于全封闭组合电器的 应用，各种电力设备被封装在金属外壳中，电力设备发生接地故障时，外壳上会产生巨大的 故障电流，该故障电流经过接地装置流入土壤中，造成变电站内跨步电压升高，严重威胁变 电站的正常稳定运行，以及操作人员的人身安全。因此，准确的计算和预测变电站中跨步电 压的值的大小是变电站安全稳定运行的必要前提。 通常变电站中常铺设一层厚度为5~20cm的砾石路面，这层高土壤电阻率的路面 提高了人体允许的接触电位差和跨步电位差，但是目前我国所用的计算方法，夸大了砾石 层的作用，从而使计算结果偏于不安全侧。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，用以解决现有计 算方法不够准确的问题。 为实现上述目的，本专利技术的方案包括： 一种用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，步骤如下： 1)根据母线、三相壳体和母线的电气参数，以及接地网回路电流关系， 确定接地网环流值； 2)根据所确定的接地网整体的环流值和变电站中整个的电气布置情况， 建立回路电流关系，确定变电站发生短路故障时，各个接地体中接地回路 中的电流值以及气体绝缘组合电器外壳上各处的电位值； 3)根据变电站土壤情况和地网分布情况，应用有限元分析法对变电站地 网模型进行分析，建立气体绝缘变电站地网模型的三维电位分析模型，计 算得到的各个接地回路中的短路电流值，确定最大跨步电压发生地点以及 其值的大小。 所述步骤1)包括：根据被测的气体绝缘变电站的三相母线电流值和频率值获得 每个母线的阻抗值，包括母线的电阻值，电容值和电感值计算每个母线的阻抗值、每个壳体 的阻抗值、母线与壳体之间的互感值； 利用气体绝缘变电站中三相壳体之间的电气联系，获得每个壳体的阻抗值； 根据母线壳体的半径，每条母线与每个壳体之间的距离，母线和壳体的长度，二者 的介电常数电气参数，确定母线与壳体之间的互感值； 根据测得变电站内的电气参数，确定全封闭组合开关的短接线和接地线的阻抗 值； 根据母线电流，三相壳体和母线的电气参数，获得三相壳体的环流值； IZ 接地网环流值Iw公式为= zm+IZi+Zw Ik表示壳体环流值，ZMk表示壳体与母 线间的互阻抗，表示接地线的阻抗值，Z ￥表示接地网的阻抗值，w表示接地网，j表示虚 部。 所述步骤3)包括： 根据计算得到的整个变电站接地情况的结果，确定最大短路电流入地点的位置和 最大短路入地电流值的大小； 根据变电站土壤情况和地网分布情况，应用有限元分析法对变电站地网模型进行 分析，建立气体绝缘变电站地网模型的三维电位分析模型； 由最大短路电流入地点的位置，以及土壤表面的电位分布情况，确定最大跨步电 压的位置。 方法的主要思路是在对气体绝缘变电站故障情况下，在对全封闭式组合电器的外 壳环流情况、接地情况，以及壳体电位分布情况进行精确计算的前提下，对变电站中的土壤 情况和接地系统建立其有限元分析下的三维电场模型。进而得到土壤表面的电位分布情 况，从而在此基础上得到变电站内跨步电压的分布情况，本专利技术的方法不仅计算精度大大 提高，可以对变电站中的问题进行更为精确的计算，还可以有针对性的对变电站中故障情 况下的问题进行有效的预防和维护。该方法还具有一定的经济性，在有针对性的预防下，减 少不必要的经济损失。【附图说明】 图1是计算跨步电压的实施例流程图； 图2是实施例的变电站全封闭气体绝缘组合电器的布置图； 图3(a)是简单回路三相GIS模型图；图3(b)是图3(a)的等效电路图； 图4是壳体环流以及壳体电位计算的等效电路图； 图5是土壤结构模型图； 图6是土壤表面电位分布图； 图7是土壤表面最大跨步电压附近电位分布图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。 本专利技术的基本方案为：用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，步骤如下： 1)根据母线、三相壳体和母线的电气参数，以及接地网回路电流关系，确定接地 网环流值； 2)根据所确定的接地网整体的环流值和变电站中整个的电气布置情况，建立回路 电流关系，确定变电站发生短路故障时，各个接地体中接地回路中的电流值以及气体绝缘 组合电器外壳上各处的电位值； 3)根据变电站土壤情况和地网分布情况，应用有限元分析法对变电站地网模型进 行分析，建立气体绝缘变电站地网模型的三维电位分析模型，计算得到的各个接地回路中 的短路电流值，确定最大跨步电压发生地点以及其值的大小。 下面结合附图1-7,详细进行说明，包括步骤1、2、3。 1、读取变电站中各个节点的基础数据，结合采集的三相母线电流值和频率值对变 电站全封闭气体绝缘组合电器内部接地网的环流值进行预测。具体的，包括： 1. 1、根据被测的气体绝缘变电站的三相母线电流值和频率值获得每个母线的阻 抗值，包括母线的电阻值，电容值和电感值。每个母线的阻抗值z M，公式如下：【主权项】1. 一种用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，其特征在于，步骤如下： 1) 根据母线、三相壳体和母线的电气参数，以及接地网回路电流关系，确定接地网环流 值； 2) 根据所确定的接地网整体的环流值和变电站中整个的电气布置情况，建立回路电流 关系，确定变电站发生短路故障时，各个接地体中接地回路中的电流值以及气体绝缘组合 电器外壳上各处的电位值； 3) 根据变电站土壤情况和地网分布情况，应用有限元分析法对变电站地网模型进行分 析，建立气体绝缘变电站地网模型的三维电位分析模型，计算得到的各个接地回路中的短 路电流值，确定最大跨步电压发生地点以及其值的大小。2. 根据权利要求1所述的一种用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，其特征在 于，所述步骤1)包括： 根据被测的气体绝缘变电站的三相母线电流值和频率值获得每个母线的阻抗值，包括 母线的电阻值，电容值和电感值计算每个母线的阻抗值、每个壳体的阻抗值、母线与壳体之 间的互感值； 利用气体绝缘变电站中三相壳体之间的电气联系，获得每个壳体的阻抗值； 根据母线壳体的半径，每条母线与每个壳体之间的距离，母线和壳体的长度，二者的介 电常数电气参数，确定母线与壳体之间的互感值； 根据测得变电站内的电气参数，确定全封闭组合开关的短接线和接地线的阻抗值； 根据母线电流，三相壳体和母线的电气参数，获得三相壳体的环流值； I Z ^ 接地网环流值Iw公式为^ = zm,+2Z*+Zh,. Ik表示壳体环流值，ZMk表示壳体与母线间 的互阻抗，表示接地线的阻抗值，Z ￥表示接地网的阻抗值，w表示接地网，j表示虚部。3. 根据权利要求1所述的一种用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，其特征在 于，所述步骤3)包括： 根据计算得到的整个变电站接地情况的结果，确定最大短路电流入地点的位置和最大 短路入地电流值的大小； 根据变电站土壤情况和地网分布情况，应用有限元分析法对变电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气体绝缘变电站的跨步电压计算方法，其特征在于，步骤如下：1)根据母线、三相壳体和母线的电气参数，以及接地网回路电流关系，确定接地网环流值；2)根据所确定的接地网整体的环流值和变电站中整个的电气布置情况，建立回路电流关系，确定变电站发生短路故障时，各个接地体中接地回路中的电流值以及气体绝缘组合电器外壳上各处的电位值；3)根据变电站土壤情况和地网分布情况，应用有限元分析法对变电站地网模型进行分析，建立气体绝缘变电站地网模型的三维电位分析模型，计算得到的各个接地回路中的短路电流值，确定最大跨步电压发生地点以及其值的大小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟建英，张一茗，孙银山，尹军华，王振，郝莎，宋亚凯，高群伟，李少华，张文涛，寇新民，刘逸凡，毛志宽，马东岭，
申请(专利权)人：河南平高电气股份有限公司，国家电网公司，平高集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41