一种接地网网内电势差问题计算方法技术

技术编号:15612812 阅读:116 留言:0更新日期:2017-06-14 02:30
本发明专利技术公开了一种变电站接地网最大跨步电位差和最大接触电位差的智能识别方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)计算接地网地电位升和地表电位函数;(2)将最大跨步电位差和最大接触电位差的求解转化为带约束的参数优化问题;(3)采用人工蜂群算法寻找最大跨步电位差和最大接触电位差的最优解。该方法将最大跨步电势与最大接触电势的识别问题从数学模型上转化为无导数的纯数值优化问题,并采用人工蜂群算法寻找最优解,所采用的方法计算量小、计算速度快,并能获得变电站严格意义上的最大跨步电位差和最大接触电位差,弥补了传统观测面等间距采样差分法计算量过大而且精度不高的问题,对完善变电站接地网的安全评估具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种接地网网内电势差问题计算方法
本专利技术属于电力系统接地网网内电势差分析领域。适用于电力系统发生不对称故障的情况下,入地故障电流产生的散流网内电势差和导通网内电势差的计算分析。
技术介绍
接地起着系统接地、保护接地、防雷接地和防静电接地的作用,是电力系统安全运行的基础保障。随着我国电力工业的迅猛发展,电力系统的容量不断提高,不对称短路故障电流也越来越大,这给变电站接地网设计提出了更严格的要求。我国接地规程对变电站接地网的电位升(GPR)高要求为5kV,并同时规定“经过采取一定安全措施之后可以再继续提高GPR的允许值”。IEEE的接地规程并没有对GPR作明确的要求,而更强调均衡电位。有文献指出,系统发生短路时设备的外壳和芯线的电位将同时升高,作用在设备绝缘层上的电压并非GPR,故把GPR作为接地系统设计的控制条件并不合理。现代变电站中有大量的信号电缆和低压供电电缆就近与接地网相连。当电力系统发生不对称短路故障时,接地网上的电位分布呈现不均匀性,屏蔽层可能由于两端接地而烧毁。另外,变电站内许多仪器的接地端与接地网相连,接地网上不同点之间的电位差可能引发仪器误动。因此有必要深入研究接地网网内电势差问题。
技术实现思路
为了解决以往对网内电势差研究更集中在二次系统设备和电缆耐压方面,对网内电势差问题研究不深的问题,本专利技术提出了一种接地网网内电势差问题的计算方法,为电力系统接地设计提供参考,提高电力系统安全运行水平。为实现此目的,本专利技术所采用的技术方案是:一种接地网网内电势差问题计算方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)分析站内外故障时网内电势差的组成部分;站内故障时网内电势差的分量由三部分组成:散流网内电势差、回流网内电势差和分流网内电势差,回流网内电势差和分流网内电势差均为电流从地网一端注入再从另一端流出的情况,故统称为“导通网内电势差”,回流/分流网内电势差数值上等于两端口间导通阻抗乘以回流/分流电流;(2)建立散流网内电势差和导通网内电势差的理论模型;定义编号节点m电压Vm和节点n电压Vn,由于支路导体足够稠密,可以近似认为支路p电压Up等于m和n电压的平均值:Up=0.5(Vm+Vn)(1)式(1)写成矩阵形式有:U=KV(2)式(2)中,U为支路电压列向量,V是节点电压列向量,K是支路-节点关联矩阵;当支路p与节点q相连时有K(p,q)=0.5,否则为0;由接地理论有,支路散流电流I为:I=SU(3)式(3)中,S为支路散流阵;设r为导体根数,支路散流电流可以等分到与之相连的两个节点,此时节点q的散流电流J(q)为:式(4)写成矩阵形式有:J=K′I(5)式(5)中J为节点散流电流列向量,K′是K的转置;记F为节点电流向量,运用电网络分析理论有:F–J=YV(6)式(6)中,Y是节点导纳矩阵,综合(2)~(6)式整理就有:F=(K′SK+Y)V(7)接地网的节点导纳矩阵Y的格式如下:Y=AZ–1A′(8)式(8)中,A是关联矩阵,A′是A的转置矩阵,Z是接地网导体的支路阻抗矩阵;当支路p和节点m关联且p的方向背离m,则A(m,p)=1;当支路p和节点m关联且p的方向指向m,则A(m,p)=–1;当支路p和节点m不关联时,A(m,p)=0;Z的格式为:Z(p,c)=jωM(p,c),m≠n(10)其中,j为虚数单位,Z(p,p)是导体p的内阻抗,ω是角频率,μc和σc分别是p的磁导率和电导率,a是p的等效半径,I0和I1分别是修正的第一类零阶和第一类一阶贝赛尔函数,Z(p,c)和M(p,c)分别是导体p和导体c之间的互阻抗和互感;M(p,c)的表达式如下:式(11)中,μ0为真空磁导率,θpc是导体p和导体c之间的夹角;由于注入节点电流向量F已知,通过式(7)就可以求出节点电压向量V,然后相应求出支路电压向量U和支路散流电流向量I,这样接地网的等效接地阻抗、跨步电势、接触电势、地表电位分布、散流网内电势差的问题都可以解决,定义入地电流对应的节点电位复数向量差之模值的最大值为散流网内电势差D:D=max|Vi-Vj|,i,j=1,…,n,i≠j(12)取散流网内电势差D与GPR之比为散流网内电势差百分数W:(3)利用散流网内电势差模型计算回流网内电势差和分流网内电势差;导通网内电势差计算模型同散流网内电势差的计算模型完全一致,区别在于注入节点电流向量F需要按照分流/回流电流的位置,大小和方向来设定。与现有技术相比,本专利技术具有如下的有益效果:本专利技术的接地网网内电势差问题的计算方法,研究了接地网网内电势差的计算模型,针对目前对网内电势差的研究未考虑分流电流和回流电流的影响的不足,对网内电势差问题开展了深入研究,为电力系统接地设计提供参考,提高电力系统安全运行水平。附图说明图1为站内短路故障及分流位置示意图。图2为站外短路故障及分流位置示意图。图3为地网模型示意图。图4为某变电站的接地网俯视图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术,下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容,但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改,这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。本专利技术的技术解决原理如下:站内故障时网内电势差的分量由三部分组成:散流网内电势差、回流网内电势差和分流网内电势差。回流网内电势差和分流网内电势差均为电流从地网一端注入再从另一端流出的情况,故可统称为“导通网内电势差”,回流/分流网内电势差数值上等于两端口间导通阻抗乘以回流/分流电流。站外短路时,取线路对杆塔短路的情况,站外故障时网内电势差由散流网内电势差和分流网内电势差组成。散流网内电势差的理论模型可以参考场路结合的节点电压法来完成。假设接地网由众多埋地的接地导体构成,由于计算需要,接地网往往需要细分为足够稠密的支路导体R。支路导体的两个端点在模型中称为节点N。剖分后接地网的等效模型由r根导体和n个节点构成。分流/回流电势差是由分流/回流电流形成的网内电势差,其计算模型同散流网内电势差的计算模型完全一致,区别在于注入节点电流向量需要按照分流/回流电流的位置,大小和方向来设定。依据得出的,编制VC++程序,分析不同情况下接地网电阻、散流网内电势差和散流网内电势差百分数。一种接地网网内电势差问题研究模型的实施步骤:1.分析站内外故障时网内电势差的组成部分:当站内发生不对称短路时,取母线对地短路的情况,如图1中FZ所示。短路电流由站内分量和系统分量构成。站内分量是回流电流IZ0,其回流路径是母线-地网-变压器。系统提供短路电流可分为入地电流IS0和分流电流IS1两部分。IS0流通路径是母线-地网-避雷线-系统中性点或者是母线-地网-避雷线-杆塔-大地-系统中性点。IS1流通路径为母线-地网-大地-系统中性点,或者是母线-地网-大地-杆塔-避雷线-系统中性点。综合上述分析,站内故障时网内电势差的分量由三部分组成:散流网内电势差、回流网内电势差和分流网内电势差。回流网内电势差和分流网内电势差均为电流从地网一端注入再从另一端流出的情况,故可统称为“导通网内电势差”,回流/分流网内电势差数值上等于两端口间导通阻抗乘以回流/分流电流。站外短路时,取线路对杆塔短路的情况,如图2中FS所示。变电站侧提供的短路电流IS由可分为本文档来自技高网...
一种接地网网内电势差问题计算方法

【技术保护点】
一种接地网网内电势差问题计算方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)分析站内外故障时网内电势差的组成部分;站内故障时网内电势差的分量由三部分组成:散流网内电势差、回流网内电势差和分流网内电势差,回流网内电势差和分流网内电势差均为电流从地网一端注入再从另一端流出的情况,故统称为“导通网内电势差”,回流/分流网内电势差数值上等于两端口间导通阻抗乘以回流/分流电流;(2)建立散流网内电势差和导通网内电势差的理论模型;定义编号节点m电压V

【技术特征摘要】
1.一种接地网网内电势差问题计算方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)分析站内外故障时网内电势差的组成部分;站内故障时网内电势差的分量由三部分组成:散流网内电势差、回流网内电势差和分流网内电势差,回流网内电势差和分流网内电势差均为电流从地网一端注入再从另一端流出的情况,故统称为“导通网内电势差”,回流/分流网内电势差数值上等于两端口间导通阻抗乘以回流/分流电流;(2)建立散流网内电势差和导通网内电势差的理论模型;定义编号节点m电压Vm和节点n电压Vn,由于支路导体足够稠密,可以近似认为支路p电压Up等于m和n电压的平均值:Up=0.5(Vm+Vn)(1)式(1)写成矩阵形式有:U=KV(2)式(2)中,U为支路电压列向量,V是节点电压列向量,K是支路-节点关联矩阵;当支路p与节点q相连时有K(p,q)=0.5,否则为0;由接地理论有,支路散流电流I为:I=SU(3)式(3)中,S为支路散流阵;设r为导体根数,支路散流电流可以等分到与之相连的两个节点,此时节点q的散流电流J(q)为:式(4)写成矩阵形式有:J=K′I(5)式(5)中J为节点散流电流列向量,K′是K的转置;记F为节点电流向量,运用电网络分析理论有:F–J=YV(6)式(6)中,Y是节点导纳矩阵,综合(2)~(6)式整理就有:F=(K′SK+Y)V(7)接地网的节点导纳矩阵Y的格式如下:Y=AZ–1A′(8)式(8)中,A是关联矩阵,A′是A的转置矩阵,Z是接地网导体的支路阻抗矩阵;当支路p和节点m关联且p的方向背离m,则A(m...

【专利技术属性】
技术研发人员:李谦陈怀飞文豹李纯姚彤李少东郑智慧倪阳罗子秋付万璋严靖杜新宇张益庚文习山
申请(专利权)人:广东电网有限责任公司电力科学研究院武汉大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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