一种基于CDEGS的电网感应电压分析方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，更具体的说，是涉及一种基于CDEGS的电网感应电压分析方法。

背景技术

由于地铁功率较小且选用直流—交流传动方式，所以地铁大多通过110/35kV交流由牵引变电所变压整流，通过牵引网供给电力机车DC1500/750V的电压用于运行。直流电流直接注入大地，使地表电位(ESP)发生畸变，当两个变电站之间有较大电位差时，将会在变电站和输电线路之间产生回路，电流入侵变压器，严重时接地极附近的变压器会产生大规模直流偏磁，从而侵入电网设备，增加电网的谐波含量，影响变压器甚至电网的安全运行。

而接触网与电网之间电磁场耦合则是由于两个电路之间存在互感，从而使一个电路的电流变化通过互感影响到另一个电路。因此接触网电流变化产生交变的电磁场，在输电线路上感应出电压，进而产生直流电流使变压器产生直流偏磁现象。然而由于目前还没有有效的方法和手段分析在城市轨道交通系统影响下的地铁接触网与输电线路之间的电磁耦合关系，针对电网设备的防护较为盲目且效果不佳，严重影响电网的安全运行。

发明内容

本发明实施例提供一种基于CDEGS的电网感应电压分析方法、装置及计算机可读存储介质，能有效解决现有技术中电磁耦合关系分析不足导致对电网设备的防护较为盲目且效果不佳的问题。

本发明一实施例提供一种基于CDEGS的电网感应电压分析方法，包括：

利用Right-of-Way创建地铁-电网耦合系统项目；

定义中心站及路径项目；

定义属性设置项目；

定义终端项目；

创建地铁-电网耦合系统的电路模型；

选取影响因素进行感应电压仿真；

对所述电路模型各线路不同杆塔段分别提取包络线信息，得到电网感应电压的定量数据，分别进行汇总对比。

作为上述方案的改进，所述影响因素具体包括：电网并行长度、相对位移差值、电网系统不同高度线路以及接触网和回流轨电流源的大小。

作为上述方案的改进，所述定义中心站及路径项目，具体包括：

定义中心站的名称和相线总数，并将中心站接地阻抗值设置为一个较大的数值；

定义两条路径，分别为地铁接触网路径与架空线路径。

作为上述方案的改进，所述定义属性设置项目，具体包括：

定义每个线路路径中的导体特性和每个路径中卫星导体的相对位置；

定义相线泄漏、状态来定义相线的分路阻抗和状态。

作为上述方案的改进，所述定义终端项目，具体包括：

定义终端名称及终端结构；

通过激励选项，设置终端接地阻抗、各相线的电阻电抗、接地电压以及源电流。

作为上述方案的改进，所述地铁-电网耦合系统的电路模型，具体包括：

线路两端的接地电阻与电流电压源、不同终端不同区域的等效串联阻抗和等效分路阻抗、连接阻抗和互阻抗信息。

所述选取影响因素进行感应电压仿真，是通过对CDEGS的SPLITS模块运算实现的。

相比于现有技术，本发明实施例提供的所述的基于CDEGS的电网感应电压分析方法，在地铁接触网与输电线路两个系统之间相互电磁场的影响方面，基于CDEGS仿真软件开展仿真分析，主要分析地铁接触网系统作用下多种因素对电网感应电压的影响，包括但不限于为电网并行长度、相对位移差值、电网系统不同高度线路以及接触网和回流轨的电流大小。通过CDEGS软件得到感应电压的图形，对不同情况下每根杆塔处电压大小进行定性分析，然后对不同杆塔段分别提取包络线信息，得到电网感应电压的定量数据，分析感应电压随影响因素的变化规律，进而能针对不同影响情况下对电网设备的完善防护措施，保证电网的安全运行。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种基于CDEGS的电网感应电压分析方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中的一种地铁-电网耦合系统的电路模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种基于CDEGS的电网感应电压分析方法，所述分析方法包括：

S10、利用Right-of-Way创建地铁-电网耦合系统项目。

S11、定义中心站及路径项目。

S12、定义属性设置项目。

S13、定义终端项目。

S14、创建地铁-电网耦合系统的电路模型。

S15、选取影响因素进行感应电压仿真。

S16、对所述电路模型各线路不同杆塔段分别提取包络线信息，得到电网感应电压的定量数据，分别进行汇总对比。

利用Right-of-Way创建系统结构，软件一共有八个主要集成模块。项目管理、设置和频率&单位模块，主要处理各方面项目管理：修改各参数限制；设置公共系统数据等。建立系统模块是ROW的核心，用来建立共用走廊模型。创建电路模块用来建立最初的电力网络模型，用来进行后续计算，自动提供所需要的线路参数并生成可以被SPLITS模块使用的文件。修改电路模块，则是通过提取、修改SPLITS输入文件更改电路模型。监测故障模块允许用户自动沿输电线路模拟故障。总干扰模块可以计算传导干扰分量以及感应和传导分量总和。处理模块计算负载或故障情况下感应和传导共同影响的电压和电流分布。图形和报告模块则是调用CDEGS中的SPLITS模块查看输出情况。

在创建地铁-电网耦合系统项目和方案后，第一步就是设置ROW模型中使用的单位系统使用公制或英制，之后通过系统频率定义电力系统频率，并可以在方案描述中输入一些备注。除此之外Right-of-Way软件还需要定义中心站及路径，属性设置，终端三个项目。中心站及路径定义的中心站是进行研究的位置，通过电力线和金属管道将中心站与终端相连。路径是指共用走廊范围内，相互保持固定距离的一个导体组合，可以分为主路径与基本路径。属性设置则是定义各个导体在自己路径上的相对高度与相对水平位移，还有导体的类别与型号。终端设置定义了终端的接地阻抗和每条母线的激励状态。

相比于现有技术，本发明实施例提供的所述的基于CDEGS的电网感应电压分析方法，在地铁接触网与输电线路两个系统之间相互电磁场的影响方面，基于CDEGS仿真软件开展仿真分析，主要分析地铁接触网系统作用下多种因素对电网感应电压的影响，包括但不限于为电网并行长度、相对位移差值、电网系统不同高度线路以及接触网和回流轨的电流大小。通过CDEGS软件得到感应电压的图形，对不同情况下每根杆塔处电压大小进行定性分析，然后对不同杆塔段分别提取包络线信息，得到电网感应电压的定量数据，分析感应电压随影响因素的变化规律，进而能针对不同影响情况下对电网设备的完善防护措施，保证电网的安全运行。

示例性地，S11具体包括：

定义中心站的名称和相线总数，并将中心站接地阻抗值设置为一个较大的数值；

定义两条路径，分别为地铁接触网路径与架空线路径。

在中心站及路径的定义时，根据理论设计定义中心站信息。通常情况下，中心站是发生短路故障的位置。而本发明实施例仿真不涉及故障情况，因此将中心站的所有相线均为开路，将中心站接地阻抗值设置为一个较大的数值。中心站的名称定义为MeterStation，相线总数中输入9并按表1所示参数进行设置。

表1定义相线

定义两条路径，分别为地铁接触网路径与架空线路径。地铁接触网线路包含一根接触网和一根回流轨，架空线路包含六根输电线与两根架空地线。导体名称及其相线编号如表2所示：

表2定义路径

示例性地，S12具体包括：

定义每个线路路径中的导体特性和每个路径中卫星导体的相对位置；

定义相线泄漏、状态来定义相线的分路阻抗和状态。

通过属性设置定义所有线路路径的特性。其可以定义每个线路路径中的导体特性和每个路径中卫星导体的相对位置。属性设置最后一项是定义相线泄漏、状态来定义相线的分路阻抗和状态。在该界面也可以设置相线的虚拟状态，若将一条相线设置为“虚拟”，其串联阻抗为一个非常大的数值。本发明实施例选择真实值进行计算。某地地铁工程的接触网导线参数接触网选取CTAH150，回流轨选择CHN60。高压线选取LGJ-300/25，根据GB50545-2010《110KV～750KV架空输电线路设计规范方案》5.0.12当导线在LGJ-185/45～LGJ400/35范围内时避雷线可以选取镀锌钢绞线50mm。具体设置如下表3和表4所示。

表3导线属性

表4主要导体参数

示例性地，S13具体包括：

定义终端名称及终端结构；

通过激励选项，设置终端接地阻抗、各相线的电阻电抗、接地电压以及源电流。

定义终端激励和区域时，在终端标签中，将终端一命名成Terminal_1。通过激励选项，可设置终端接地阻抗，各相线的电阻电抗，接地电压以及源电流。

表5定义终端1激励源

在稳态状况下我们关注于输电线路和管道间的感应耦合。使用电流源可以保证相导线是具有特定的负载电流值，输电线路自阻抗和相线间的耦合不会影响到稳态电流。将整个电路视为一个回路加电流源，对另一个终端不用施加激励。

终端1处定义一个线路长度较短只有地铁接触网，没有架空线路的区域。在定义土壤类型中可以设置土壤分布层数，缺省值为100欧姆·米。改变导体属性设置，将架空输电线路所属的7条线路状态改为虚拟。定义终端2时，输入两个区域。通过设置激励把接触网回流轨的电阻电抗设为0欧姆，其余线路与终端之间断开。以便电流从终端1流向终端2。

表6定义终端2激励源

之后再定义区域1，需要根据真实状况填写线路长度与土壤阻抗率。定义区域2时，可以根据实际情况定义当前点和下一点之间的分段数目和每段的杆塔数目。下一步是为架空线定义基本路径，通过定义路径可以模仿真实复杂状态下的地铁与电网位置关系。

在完成共用走廊的数据输入工作后，绘制整个共用走廊的结构以查看输入数据准确性。由于整个共用走廊定义在终端2中，所以在选择终端2之后点击绘制网络按钮，选择两个终端并点击显示，随后在SESCAD程序中显示出待研究的共用走廊的结构。

示例性地，S14所述地铁-电网耦合系统的电路模型，具体包括：

线路两端的接地电阻与电流电压源、不同终端不同区域的等效串联阻抗和等效分路阻抗、连接阻抗和互阻抗信息。

参照图2，是耦合系统电路示意图。可以看出从上到下依次为避雷线、PHASEA2、PHASEB2、PHASEC2、PHASEC1、PHASEB1、PHASEA1以及接触网和回流轨的等效电路示意图。其中接触网与回流轨中电流始终为1.4kA，而电力系统各线路均等效为不接地的导线以便后续数据分析。

因为后面仿真会分析不同因素对于电网感应电压的影响，这里的变量为电网系统并行长度。所以在此只考虑PHASEA1相(高度20米，水平相对位移差值10米)的电压大小。

示例性地，在建完模型之后，选取影响因素进行感应电压仿真。通过SPLITS模块得出结果图，通过结果图定性地分析地铁接触网系统作用下特定因素对电网感应电压的影响。但后续还需要进行定量分析，因此可以通过ROW提取包络线的整体数值。在利用SESBatch或其它工具运行SPLITS模型后，处理得到已定义目标相线的感应包络线数据。

再通过绘图，使用Excel工具自动生成沿共用走廊方向建立，随特定因素变化的检测变量的Excel图形。此Excel表格文件中含有电网系统每个点的具体感应电压大小，即可对系统变化进行定量分析。选择A1相线数据，记录电网特定因素情况下电网系统感应电压的大小并列表。

需要说明的是，绘图软件包括但不限于Excel。

示例性地，所述影响因素具体包括但不限于电网并行长度、相对位移差值、电网系统不同高度线路以及接触网和回流轨电流源的大小。

相比于现有技术，本发明实施例提供的所述的基于CDEGS的电网感应电压分析方法，在地铁接触网与输电线路两个系统之间相互电磁场的影响方面，基于CDEGS仿真软件开展仿真分析，主要分析地铁接触网系统作用下多种因素对电网感应电压的影响，包括但不限于为电网并行长度、相对位移差值、电网系统不同高度线路以及接触网和回流轨的电流大小。通过CDEGS软件得到感应电压的图形，对不同情况下每根杆塔处电压大小进行定性分析，然后对不同杆塔段分别提取包络线信息，得到电网感应电压的定量数据，分析感应电压随影响因素的变化规律，进而能针对不同影响情况下对电网设备的完善防护措施，保证电网的安全运行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。