一種限制變電站二次系統電纜屏蔽層寄生電流的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及變電站二次設備電磁兼容領域，具體涉及一種限制變電站二次系統電 纜屏蔽層寄生電流的方法。
【背景技術】
[0002] 變電站中實現電能轉換和分配的電力設備稱為一次設備，包括變壓器、斷路器、隔 離開關、互感器、避雷器、母線、金屬封閉組合電器GIS等。變電站中實現測量、控制、保護和 檢測等功能的系統稱為二次系統；二次系統包含的電氣和電子設備稱為二次設備。
[0003] 變電站的二次系統中大量使用屏蔽電纜，包括單芯同軸屏蔽電纜和多芯屏蔽電 纜，連接在不同的二次設備之間，完成二次系統中通信和控制信號的傳輸，以及二次設備供 電電源的傳送。
[0004] 如圖1所示，二次設備1和二次設備2處在變電站中兩個不同的位置，分別就近接 地，它們之間通過電纜連接，電纜的屏蔽層在兩端也分別接地，實現良好的屏蔽效果。
[0005] 在變電站環境下，如果按照圖1的方式進行電纜連接，多種原因能夠導致電纜屏 蔽層中存在顯著的寄生電流，包括：穩態工頻感應電流、變電站接地故障時的暫態故障電 流、變電站遭受雷擊時的暫態雷電流。
[0006] (1)穩態工頻感應電流
[0007] 變電站的一次設備中運行有大的工頻電流，變電站空間存在顯著的工頻交變磁 場，會在電纜屏蔽層和大地構成的低阻抗回路中感應出顯著的工頻電流，如圖2所示，此電 流長期存在，可能導致電纜的異常溫升、腐蝕和損壞。
[0008] (2)暫態故障電流
[0009] 當變電站發生接地短路故障時，巨大的入地故障電流導致變電站地電位升高，使 變電站地面出現暫態電位分布，如圖3所示，二次設備1和二次設備2處在變電站的不同位 置，具有不同的地電位升高U1和U2,由此在電纜屏蔽層產生大的暫態電流，可能燒毀電纜。
[0010] ⑶暫態雷電流
[0011] 當變電站遭受雷擊時，巨大的入地雷電流也會導致變電站地電位升高，使變電站 地面出現暫態電位分布，同樣如圖3所示，也會由此在電纜屏蔽層產生大的暫態電流，導致 電纜燒毀。
[0012] 為了抑制上述的電纜屏蔽層中的寄生電流，避免電纜損壞，變電站二次系統電纜 的連接通常采用圖4和圖5所示的連接方式，在圖4中，電纜的一端接地，另一端懸浮；在圖 5中，電纜的一端接地，另一端經過避雷器接地。這兩種電纜連接方式消除了電纜屏蔽層和 大地構成的低阻抗回路，可以有效消除電纜屏蔽層中的寄生電流，但同時也顯著降低了屏 蔽層的屏蔽效果，有可能在電纜兩端二次設備的端口引入嚴重的電磁干擾或過電壓，威脅 其安全運行，甚至可能導致設備損壞。
[0013] 近年來，電力設備智能化快速發展，越來越多新型的電氣和電子設備運行于變電 站，如大功率電力電子裝置、電子式電壓電流互感器、電力設備狀態監測裝置等；越來越多 的二次設備集成于一次設備，運行在變電站現場的高電壓、強電流和陡脈沖的電磁環境。由 此，二次設備的電磁兼容性能成為了影響變電站安全運行的一個重要因素，二次系統電纜 連接方式所導致的電磁兼容問題也十分突出。
【發明內容】
[0014] 為解決上述問題，本發明提出一種限制變電站二次系統電纜屏蔽層寄生電流的方 法，在電纜屏蔽層兩端接地的情況下，有效限制電纜屏蔽層中的寄生電流，且不影響電纜正 常的通信、控制和電源供電的性能。
[0015]本發明的目標是采用下述技術方案實現的：
[0016]-種限制變電站二次系統電纜屏蔽層寄生電流的方法，所述方法包括：
[0017]將變電站二次系統電纜的部分長度纏繞在磁環上，形成一個限流電感，將具有此 限流電感的二次系統電纜連接于變電站的二次設備之間，具有限制電纜屏蔽層的寄生電流 的功能。
[0018] 優選的，所述變電站二次系統電纜屏蔽層寄生電流的形式包括：穩態工頻感應電 流、暫態故障電流和暫態雷電流；當出現寄生電流時，限流電感控制該電流不超過限流目 標。
[0019]進一步地，根據所述變電站二次系統電纜屏蔽層寄生電流的不同形式分別設定限 流目標，即限流后的最大電纜屏蔽層電流幅值；根據不同的限流目標，分別獲取所需要的限 制穩態工頻感應電流的電感值L1，限制暫態故障電流的電感值L2和和限制暫態雷電流的 電感值L3 ;并選取其中最大的限流電感值L=max(Ll，L2,L3)，作為限制寄生電流所需要的 最小限流電感值。
[0020] 進一步地，所述電感值L按下式計算：
[0021]
⑴
[0022] 式（1)中，y為磁環材料的磁導率，N為電纜繞環匝數，A為磁環截面積，C為磁環 有效磁路長度。
[0023]進一步地，增大磁環的有效磁路長度C，可以減小磁環飽和；設限流目標為IM，磁環 材料飽和點對應的磁場強度為Hs，磁環上纏繞電纜的匝數為N，則磁環有效磁路長度的約束 條件為：
[0024]
(2)b.
[0025]優選的，所述磁環的材料包括硅鋼、非晶、微晶、鐵氧體和坡莫合金；所述磁環的形 狀包括圓形和矩形；所述磁環的截面形狀包括圓形和矩形；所述磁環為帶氣隙或者不帶氣 隙的。
[0026]與現有技術相比，本發明達到的有益效果是：
[0027]變電站現在采用的限制二次系統電纜屏蔽層寄生電流的方法是，電纜屏蔽層單端 接地，另一端懸浮，或另一端經過避雷器接地，這種接地方式犧牲了屏蔽電纜的屏蔽效果。
[0028]采用本發明所提出的限制二次系統電纜屏蔽層寄生電流的方法后，電纜可以采用 兩端接地的方式，實現優良的屏蔽效果；同時，電纜屏蔽層中的寄生電流可以限制在設定的 范圍內，避免電纜燒蝕和損壞；電纜承擔的通信、控制和電源供電的功能沒有受到顯著的不 利影響。
[0029] 在本發明提出的限制二次系統電纜屏蔽層寄生電流的方法中，所采用的限流電感 結構簡單，費用低廉，實施方便。
【附圖說明】
[0030]圖1為【背景技術】提供的二次系統電纜的常規連接示意圖；
[0031]圖2為【背景技術】提供的二次系統電纜屏蔽層中工頻感應電流示意圖；
[0032] 圖3為【背景技術】提供的變電站地電位升高導致二次系統電纜屏蔽層中暫態電流 示意圖；
[0033]圖4為【背景技術】提供的二次系統電纜屏蔽層一端直接接地另一端懸浮的接線方 式；
[0034]圖5為【背景技術】提供的二次系統電纜屏蔽層一端直接接地另一端經避雷器接地 的接線方式；
[0035]圖6為本發明提供的二次系統電纜屏蔽層寄生電流限制電感結構示意圖；
[0036]圖7為本發明提供的二次系統電纜屏蔽層寄生電流限制電感的接線方式示意圖；
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。