一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法技术

本发明专利技术涉及一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法，固体绝缘管型母线包括多层电容屏，其中最内层和最外层分别为内层主屏和外层主屏，其余中间层为端屏，该方法用于获取端屏感应电压，包括如下步骤：(1)获取所有相邻电容屏之间的有效电容；(2)分别获取各个端屏以及外层主屏与内层主屏之间的寄生电容；(3)根据有效电容和寄生电容构建等效电路；(4)获取内层主屏和外层主屏电压，并根据等效电路计算获取端屏感应电压。与现有技术相比，本发明专利技术方法快速方便，结果精确度高。

Induction voltage acquisition method for solid insulated busbar capacitance screen

The invention relates to a method for obtaining inductive voltage of a solid insulated tubular bus bar capacitor screen. The solid insulated tubular bus bar comprises a multi-layer capacitor screen, in which the inner and outer layers are the inner main screen and the outer main screen respectively, and the other middle layers are the end screens. The method is used to obtain the inductive voltage of the end screen, including the following steps: (1) acquiring the end screen. Effective capacitance between adjacent capacitance screens; (2) Obtain parasitic capacitance between each terminal screen and the outer main screen and the inner main screen; (3) Construct an equivalent circuit according to the effective capacitance and parasitic capacitance; (4) Obtain the voltage of the inner main screen and the outer main screen, and calculate the induced voltage of the terminal screen according to the equivalent circuit. Compared with the prior art, the method is fast and convenient with high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法
本专利技术涉及高电压
，尤其是涉及一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法。
技术介绍
随着我国超、特高压输电线路的大力发展，变电站的电压等级及规模也随之增加，用于变电站内变压器之间、电气设备之间的连接导体载流量及母线绝缘性能的要求也越来越高。传统变电站中多采用多根电缆并联的方式来满足高载流量的需求，这需要增加支撑绝缘子数量，也会在敷设中增加占地面积，对于用地紧张的GIS变电站，甚至会出现敷设困难的情况。固体绝缘管型母线是一种密封屏蔽全绝缘的导体，具有载流量大、机械强度高、电气绝缘性能强等优点。目前我国500kV变电所低压侧多采用35kV电压等级的管型绝缘母线，由它来替代电缆多根并联或传统的矩形裸导体，来满足高载流量、强绝缘性能的需求。然而，固体绝缘管型母线长期运行在高电压大电流下，运行过程中会出现由于端部场强过大或局部电压过高引起的绝缘故障，造成绝缘击穿，放出大量热能对电气设备造成损伤，而固体绝缘管型母线是变电站内电气设备之间连接的关键部位，对于维护输电系统及电力设备的安全运行具有十分重要的作用，因此研究管型母线的电位分布和端部场强分布是很有必要的。目前，计算半导电层上的感应电压时多采用有限元法进行数值仿真，即可以得到每个半导电层上的感应电压数值。但数值仿真在软件、硬件的配置方面要求较高，同时还需要技术人员专门学习软件的安装及使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法，所述的固体绝缘管型母线包括多层电容屏，其中最内层和最外层分别为内层主屏和外层主屏，其余中间层为端屏，该方法用于获取端屏感应电压，包括如下步骤：(1)获取所有相邻电容屏之间的有效电容；(2)分别获取各个端屏以及外层主屏与内层主屏之间的寄生电容；(3)根据有效电容和寄生电容构建等效电路；(4)获取内层主屏和外层主屏电压，并根据等效电路计算获取端屏感应电压。步骤(1)中有效电容通过如下方式获取：其中，Cn,n-1表示第n层电容屏与第n-1层电容屏之间的有效电容，LPn为第n层电容屏屏长，n＝1,2……N，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏，ΔL为相邻电容屏的屏间梯差，ε0为真空介电常数，εm为固体绝缘管型母线中绝缘介质的相对介电常数，Rn表示第n层电容屏的半径，Rn-1表示第n-1层电容屏的半径。步骤(2)中寄生电容通过如下方式获取：其中，Cjn表示第n层电容屏与内层主屏之间的寄生电容，n＝1,2……N，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏，ε0为真空介电常数，εm为固体绝缘管型母线中绝缘介质的相对介电常数，ΔL为相邻电容屏的屏间梯差，Rn表示第n层电容屏的半径，Re为内层主屏的半径。步骤(3)中等效电路为有效电容和寄生电容的串并联电路。步骤(3)中等效电路具体通过如下方式构建得到：首先，将每层电容屏均分别作为一个电压节点，并对照电容层分布层次顺序依次排布，然后，将相邻电容屏之间的有效电容对应串联于相应的两个电压节点之间，最后，将各个端屏以及外层主屏与内层主屏之间的寄生电容并联于相应电压节点之间。步骤(4)获取端屏感应电压具体为：其中，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏，U0为内层主屏电压，Un为第n层电容屏电压，Un-1为第n-1层电容屏电压，Cn,n-1表示第n层电容屏与第n-1层电容屏之间的有效电容，Cj(n-1)表示第n-1层电容屏与内层主屏之间的寄生电容，Cn′-1、Cn′-2为中间变量，Cn-1,n-2表示第n-1层电容屏与第n-2层电容屏之间的有效电容。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术通过管型母线电容屏间的有效电容和寄生电容的获取，建立等效电路，然后得到各个电容屏上感应电压的数值，电容屏感应电压获取方法快速简单，助于设计人员的快速方便获取各层电容屏的感应电压；(2)本专利技术方法得到的电容屏感应电压结果准确可靠，精度较高。附图说明图1为管型母线电容屏分布简图；图2为电容屏0屏与2屏的等效电路示意图；图3为本专利技术固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法的流程框图；图4为实施例中35kV管型母线电容屏分布示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例一、有限元法计算感应电压原理交流输电线中的电荷在输电线周围及输电线下的人体内产生交变电场，电场又分为库伦电场和感应电场，对于工频电磁场，库伦电场远大于感应电场，感应电场可忽略，故输电线产生的工频电场的Maxwell方程为：J＝σE(3)式中，J为电流密度，D为电位移矢量，E为电场强度，σ为电导率，为电位，为拉普拉斯算子，对于各向同性均匀媒质：D＝εE(5)其中，ε为介电常数。将式(3)～(5)代入式(1)得工频交变电场控制方程：式(6)的复数形式为：式中，ε为介电常数；w为工作频率，单位为Hz。用表示不同介质分界面的边界条件为：式中，为分界面两侧电位，ε1、ε2为分界面两侧的介电常数，J1n、J2n为分界面两侧的面电流密度，ρs为面电荷密度。二、管型母线电容屏感应电压的解析分析法管型母线最内侧为导体铜管，然后等距离缠绕油浸纸和电容屏，最后浇注环氧树脂作为主绝缘材料，在最外层等间隔缠绕铜屏蔽层，并套上热缩套管，构成完整的管型绝缘母线结构。电容屏比较好地解决了绝缘层中电场不均匀问题，但是由于电容屏的材料及实际工况等问题导致了电容屏端部的电场极不均匀。当加高电压时，电容屏端部首先发生局部放电，而绝缘击穿强度和寿命通常由局放过程所决定。因此需要在电屏边缘的绝缘中加入端屏，则管型母线绝缘层中的电容屏主要由通屏和端屏两部分构成。图1为管型母线电容屏分布简图，由图可以看出，电容屏在绝缘层中等距离分布，最外层和最内层为主屏通屏，称作内层主屏和外层主屏，其余中间层为端屏。端屏分布在两个主屏的中间，主要起均匀电压、减小端部场强的作用，如图1所示，其中0屏和4屏为主屏，1、2、3屏为端屏，具体地，0为内层主屏，4为外层主屏。所有相邻电容屏之间存在有效电容，有效电容通过如下方式获取：其中，Cn,n-1表示第n层电容屏与第n-1层电容屏之间的有效电容，此时，LPn为第n层电容屏屏长，n＝1,2……N，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏，ΔL为相邻电容屏的屏间梯差，ε0为真空介电常数，εm为固体绝缘管型母线中绝缘介质的相对介电常数，Rn表示第n层电容屏的半径，Rn-1表示第n-1层电容屏的半径。另外，各个端屏以及外层主屏与内层主屏之间的寄生电容，寄生电容通过如下方式获取：其中，Cjn表示第n层电容屏与内层主屏之间的寄生电容，n＝1,2……N，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏，ε0为真空介电常数，εm为固体绝缘管型母线中绝缘介质的相对介电常数，ΔL为相邻电容屏的屏间梯差，Rn表示第n层电容屏的半径，Re为内层主屏的半径。以图1中管型母线电容屏0屏与2屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法，所述的固体绝缘管型母线包括多层电容屏，其中最内层和最外层分别为内层主屏和外层主屏，其余中间层为端屏，其特征在于，该方法用于获取端屏感应电压，包括如下步骤：(1)获取所有相邻电容屏之间的有效电容；(2)分别获取各个端屏以及外层主屏与内层主屏之间的寄生电容；(3)根据有效电容和寄生电容构建等效电路；(4)获取内层主屏和外层主屏电压，并根据等效电路计算获取端屏感应电压。

【技术特征摘要】
1.一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法，所述的固体绝缘管型母线包括多层电容屏，其中最内层和最外层分别为内层主屏和外层主屏，其余中间层为端屏，其特征在于，该方法用于获取端屏感应电压，包括如下步骤：(1)获取所有相邻电容屏之间的有效电容；(2)分别获取各个端屏以及外层主屏与内层主屏之间的寄生电容；(3)根据有效电容和寄生电容构建等效电路；(4)获取内层主屏和外层主屏电压，并根据等效电路计算获取端屏感应电压。2.根据权利要求1所述的一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法，其特征在于，步骤(1)中有效电容通过如下方式获取：其中，Cn,n-1表示第n层电容屏与第n-1层电容屏之间的有效电容，LPn为第n层电容屏屏长，n＝1,2……N，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏，ΔL为相邻电容屏的屏间梯差，ε0为真空介电常数，εm为固体绝缘管型母线中绝缘介质的相对介电常数，Rn表示第n层电容屏的半径，Rn-1表示第n-1层电容屏的半径。3.根据权利要求1所述的一种固体绝缘管型母线电容屏感应电压获取方法，其特征在于，步骤(2)中寄生电容通过如下方式获取：其中，Cjn表示第n层电容屏与内层主屏之间的寄生电容，n＝1,2……N，内层主屏定义为第0层电容屏，外层主屏定义为第N层电容屏...

【专利技术属性】
技术研发人员：马爱清，林鹏远，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31