[发明专利]考虑桥梁钢结构影响的随桥电缆过电压计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种考虑桥梁钢结构影响的随桥电缆过电压计算方法及系统，本发明包括：将桥梁的钢筋结构纳入随桥电缆系统，确定受钢筋结构和材料影响下的单位长度的串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵并求得随桥电缆系统的节点导纳矩阵；对随桥电缆系统的节点导纳矩阵进行简化降阶后对随桥电缆系统进行仿真建模得到对应的等效电阻电感电容网络；根据得到的等效电阻电感电容网络进行暂态仿真得到考虑桥梁钢结构影响下随桥电缆系统的过电压分布结果。本发明能够准确计算随桥电缆的过电压分布，仿真计算高效快捷，能为随桥敷设电缆系统的接地方式设计，确定电缆分段长度参考提供依据，还可以进一步拓展适用于各类电磁感应效应复杂的输电系统。

技术领域

本发明涉及电力传输技术领域，具体涉及一种考虑桥梁钢结构影响的随桥电缆过电压计算方法及系统。

背景技术

相比架空线路而言，随桥电缆线路具有电容高、波阻抗低等特点，在暂态运行情况下会出现更加复杂的过电压现象，最终可能导致电缆绝缘发生老化或永久性击穿故障，增加电缆线路检修难度和维护成本。电缆金属护套的接地系统是决定随桥电缆输电系统暂态特性的关键，对电网的安全稳定运行具有重要意义。因此，有必要对长距离随桥电缆接地系统的暂态特性开展研究。精确有效的电缆暂态模型是分析研究电缆输电系统过电压防护及绝缘配合的基础。在电力系统的暂态运行过程中，由于导线和大地土壤的趋肤效应，电缆的电气参数会呈现出明显的频变特性。这不仅会影响电缆线路的输电性能，也决定了整个输电系统的电磁暂态过程。因此，有必要在电磁暂态仿真中考虑电缆的宽频传输特性，建立精确有效的电缆模型。另一方面，由于桥梁中存在的众多钢筋导体，故障状态下随桥电缆系统的电磁暂态特性将非常复杂，这不仅增加了输电系统的仿真建模难度，也对目前主流的电磁暂态仿真软件的计算性能提出了严格的要求。综上所述，随桥电缆系统的过电压十分重要，目前对此类问题的研究很少考虑到周围钢筋结构对系统的影响，电缆的暂态仿真模型过于简单，计算结果不够精确。因此亟需一种考虑桥梁钢结构影响的随桥敷设电缆系统的过电压计算方法，为随桥电缆系统的接地设计提供计算基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种考虑桥梁钢结构影响的随桥电缆过电压计算方法及系统，本发明能够准确计算随桥电缆的过电压分布，仿真计算高效快捷，能为随桥敷设电缆系统的接地方式设计，确定电缆分段长度参考提供依据，还可以进一步拓展适用于各类电磁感应效应复杂的输电系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种考虑桥梁钢结构影响的随桥电缆过电压计算方法，包括：

S1，将桥梁的钢筋结构纳入随桥电缆系统，确定受桥梁的钢筋结构的几何结构和基本材料参数影响下的单位长度的串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵，进而根据串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵求得随桥电缆系统的节点导纳矩阵；

S2，对随桥电缆系统的节点导纳矩阵进行简化降阶；

S3，根据简化降阶后的随桥电缆系统的节点导纳矩阵，对随桥电缆系统进行仿真建模，得到对应的等效电阻电感电容网络；

S4，根据得到的等效电阻电感电容网络进行暂态仿真，得到考虑桥梁钢结构影响下随桥电缆系统的过电压分布结果。

可选地，步骤S1中的随桥电缆系统包括依次布置的输电电缆、回流电缆以及钢筋导体，且确定的单位长度的串联阻抗矩阵的函数表达式为：

上式中，Z表示单位长度的串联阻抗矩阵，Z₁₁～Z₅₅中，任意Z_ii表示导体i的自阻抗矩阵，任意Z_ik表示导体i和导体k之间的互阻抗矩阵，i和k的取值范围为1～5，且取值1、2分别代表输电电缆，取值3代表回流电缆，取值4和5代表钢筋导体；步骤S1中确定的单位长度的并联阻抗矩阵的函数表达式为：