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        雷擊條件下接地系統(tǒng)的分布參數(shù)

        2020-05-03 13:44:08張洋王青松經(jīng)雪原
        科技風(fēng) 2020年13期
        關(guān)鍵詞:接地系統(tǒng)網(wǎng)格法頻率響應(yīng)

        張洋 王青松 經(jīng)雪原

        摘?要:在時(shí)域中直接表示電氣接地系統(tǒng)。使用這種表示形式的優(yōu)勢(shì)在于,可以在此領(lǐng)域中更好地理解電壓和電流,并且可以輕松地將模型插入常規(guī)軟件中。該方法適用于水平電極,垂直桿和接地網(wǎng)。首先在頻域中對(duì)接地建模,以獲得諧波阻抗,然后通過無源元件串聯(lián)或并聯(lián)。

        關(guān)鍵詞:頻率響應(yīng);接地系統(tǒng);諧波阻抗;網(wǎng)格法

        1 緒論

        工業(yè)工廠和電力系統(tǒng)中使用了不同的接地系統(tǒng),例如水平電極,垂直桿和接地柵。如果發(fā)生大氣放電,浪涌電流會(huì)流經(jīng)接地系統(tǒng),可能在注入點(diǎn)和周圍環(huán)境中引起過電壓,在連接到接地或接地的設(shè)備中感應(yīng)電壓并引起電磁干擾[1]。用于研究這些不同系統(tǒng)的行為的模型(特別是在高頻下(典型的大氣排放))必須適合于該應(yīng)用,因?yàn)槲锢憩F(xiàn)象不能由數(shù)學(xué)模型如實(shí)地表示,因此模型使用邊界條件經(jīng)過簡(jiǎn)化。

        目前,常用的幾種表示接地系統(tǒng)的方法,包括基于理論模型的電路[2],傳輸線[3],電磁場(chǎng)和混合模式。從八十年代,由于在所述計(jì)算區(qū)域中的技術(shù)進(jìn)步,數(shù)值方法開始應(yīng)用于大多數(shù)模型。其中基于麥克斯韋方程組的使用電磁理論的模型最精確,因?yàn)樗鼈兊暮?jiǎn)化性較小。但是,這些模型的實(shí)現(xiàn)比其他模型更復(fù)雜。

        諸如基于傳輸線理論的分布參數(shù)模型之類的模型由于其實(shí)用性、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便性以及與電磁模型相比的準(zhǔn)確性而吸引人,它代表了僅由垂直桿或水平電極組成的接地系統(tǒng)的諧波阻抗。對(duì)于接地網(wǎng),基于電磁理論的模型通常更具吸引力,因?yàn)樗鼈冊(cè)试S以下操作:包括電磁耦合電極之間的影響;計(jì)算大氣放電電流引起的電場(chǎng);計(jì)算諧波阻抗(在頻域中開發(fā)的模型),并輕松將頻率的影響插入土壤參數(shù)中(電阻率和介電常數(shù));通過計(jì)算電極附近的電場(chǎng)來研究土壤的電離;以及計(jì)算電極及其附近的電勢(shì)和感應(yīng)電壓(通過獲得電場(chǎng)),這被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的。

        2 接地系統(tǒng)方法

        應(yīng)用和證明開發(fā)的通過等效電路表示電氣接地系統(tǒng)的方法的有效性由無源元件(電阻、電感和電容)組成,可以在時(shí)域中直接對(duì)其進(jìn)行仿真,從而避免了使用拉普拉斯逆變換或傅立葉變換。

        諧波阻抗可以通過上述任何模型確定(該模型可能包括土壤電離,土壤分層,頻率對(duì)土壤參數(shù)的影響等)。因?yàn)槠淦瘘c(diǎn)是已建立的阻抗曲線,所以確定諧波阻抗的方法不會(huì)影響所提出的方法。因此,如果阻抗足以代表接地系統(tǒng),則等效電路也將代表。

        目標(biāo)是通過由RLC電路的分支形成的等效電路表示先前建立的諧波阻抗曲線。

        3 實(shí)驗(yàn)方案

        本文提出的方法的目的是構(gòu)建一條曲線,該曲線與為研究中的接地系統(tǒng)確定的諧波導(dǎo)納曲線重合,可以應(yīng)用于阻抗和導(dǎo)納。這種構(gòu)造可以通過兩種方式完成:(1)通過對(duì)接地導(dǎo)納曲線采用近似技術(shù)并找到引起近似曲線相同效果的等效RLC電路;(2)根據(jù)RLC分支的頻率響應(yīng),確定提供與接地的導(dǎo)納曲線一致的曲線的等效電路。

        3.1 用于水平電極和垂直棒的方法

        該方法采用了采用最小二乘法的導(dǎo)納曲線逼近理論。這種近似方法使用了稱為矢量擬合(VF)。以此方式,獲得了如實(shí)地表示導(dǎo)納曲線的有理函數(shù)。由有功函數(shù)確定了產(chǎn)生與導(dǎo)納相同效果的等效電路,該有理函數(shù)由部分分?jǐn)?shù)之和形成。每個(gè)部分都可以由包含RLC元素組合的電路分支表示。

        由VF生成的部分分?jǐn)?shù)可以是實(shí)數(shù)或復(fù)共軛數(shù),也可以是兩者的混合體,具體取決于這些分?jǐn)?shù)的類型和數(shù)量。

        當(dāng)部分分?jǐn)?shù)FR(s)具有實(shí)數(shù)殘差(r1)和極點(diǎn)(p1)時(shí),如式(1)所示,一種可能的等效電路類似于圖1所示,當(dāng)部分分?jǐn)?shù)FR(s)具有共軛復(fù)極(a1和a1′和殘基(c1和c1′),如式(2)所示,可能的等效電路類似于圖2中所示的等效電路。

        FR(s)=r1s-P1(1)

        FR(s)=c1s-a1+c1′s-a1′(2)

        接地導(dǎo)通等效電路由各個(gè)電路分支的并聯(lián)關(guān)聯(lián)形成,這些分支由RLC元素的組合組成。

        由于電路分支是從VF生成的部分分?jǐn)?shù)中獲得的,因此并非總是能夠獲得具有正電阻值的電路,當(dāng)該方法的應(yīng)用導(dǎo)致電路中的元件為負(fù)時(shí),則采用第2.2節(jié)中簡(jiǎn)要描述的方法。

        3.2 網(wǎng)格方法

        在VF無法生成具有正元素的電路的情況下,將應(yīng)用反向路徑。在這種情況下建議使用的分支電路RL和RC電路分別具有減小和增加的頻率響應(yīng)曲線,而RLC電路具有最大幅度調(diào)整為諧振頻率,通過這些分支的平行關(guān)聯(lián),可以實(shí)現(xiàn)與接地的導(dǎo)納曲線重合的曲線的構(gòu)造。此方法通常用于接地網(wǎng)的情況。

        4 總結(jié)

        此提議方法的一大優(yōu)勢(shì)是可以通過市場(chǎng)上可用的大多數(shù)仿真軟件(執(zhí)行接地仿真來直接在時(shí)域中確定瞬態(tài)電壓,而無需使用傅立葉逆變換。此外,第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果在時(shí)域中,阻抗在頻域中確定。所提出的方法還允許與其他電路元件(例如輸電塔模型)關(guān)聯(lián),以便對(duì)組合進(jìn)行瞬態(tài)分析。

        這項(xiàng)工作僅針對(duì)水平電極,垂直桿和網(wǎng)格。但是,如果已經(jīng)提供了阻抗曲線,并且采用了合適的近似方法來表示電路分支,則可以將類似的概念用于其他接地幾何形狀或其他類型的系統(tǒng)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]榮焱,王其崗.高可靠性DC-DC開關(guān)電源的浪涌電流抑制電路設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2011(7):43-50.

        [2]張波,何金良,曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù),2015,41(8):2569-2582.

        [3]姜慶輝.基于多導(dǎo)體傳輸線理論的線束串?dāng)_模型研究[D].

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