一种限制变电站二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变电站二次设备电磁兼容领域，具体涉及一种限制变电站二次系统电 缆屏蔽层寄生电流的方法。
【背景技术】
[0002] 变电站中实现电能转换和分配的电力设备称为一次设备，包括变压器、断路器、隔 离开关、互感器、避雷器、母线、金属封闭组合电器GIS等。变电站中实现测量、控制、保护和 检测等功能的系统称为二次系统；二次系统包含的电气和电子设备称为二次设备。
[0003] 变电站的二次系统中大量使用屏蔽电缆，包括单芯同轴屏蔽电缆和多芯屏蔽电 缆，连接在不同的二次设备之间，完成二次系统中通信和控制信号的传输，以及二次设备供 电电源的传送。
[0004] 如图1所示，二次设备1和二次设备2处在变电站中两个不同的位置，分别就近接 地，它们之间通过电缆连接，电缆的屏蔽层在两端也分别接地，实现良好的屏蔽效果。
[0005] 在变电站环境下，如果按照图1的方式进行电缆连接，多种原因能够导致电缆屏 蔽层中存在显著的寄生电流，包括：稳态工频感应电流、变电站接地故障时的暂态故障电 流、变电站遭受雷击时的暂态雷电流。
[0006] (1)稳态工频感应电流
[0007] 变电站的一次设备中运行有大的工频电流，变电站空间存在显著的工频交变磁 场，会在电缆屏蔽层和大地构成的低阻抗回路中感应出显著的工频电流，如图2所示，此电 流长期存在，可能导致电缆的异常温升、腐蚀和损坏。
[0008] (2)暂态故障电流
[0009] 当变电站发生接地短路故障时，巨大的入地故障电流导致变电站地电位升高，使 变电站地面出现暂态电位分布，如图3所示，二次设备1和二次设备2处在变电站的不同位 置，具有不同的地电位升高U1和U2,由此在电缆屏蔽层产生大的暂态电流，可能烧毁电缆。
[0010] ⑶暂态雷电流
[0011] 当变电站遭受雷击时，巨大的入地雷电流也会导致变电站地电位升高，使变电站 地面出现暂态电位分布，同样如图3所示，也会由此在电缆屏蔽层产生大的暂态电流，导致 电缆烧毁。
[0012] 为了抑制上述的电缆屏蔽层中的寄生电流，避免电缆损坏，变电站二次系统电缆 的连接通常采用图4和图5所示的连接方式，在图4中，电缆的一端接地，另一端悬浮；在图 5中，电缆的一端接地，另一端经过避雷器接地。这两种电缆连接方式消除了电缆屏蔽层和 大地构成的低阻抗回路，可以有效消除电缆屏蔽层中的寄生电流，但同时也显著降低了屏 蔽层的屏蔽效果，有可能在电缆两端二次设备的端口引入严重的电磁干扰或过电压，威胁 其安全运行，甚至可能导致设备损坏。
[0013] 近年来，电力设备智能化快速发展，越来越多新型的电气和电子设备运行于变电 站，如大功率电力电子装置、电子式电压电流互感器、电力设备状态监测装置等；越来越多 的二次设备集成于一次设备，运行在变电站现场的高电压、强电流和陡脉冲的电磁环境。由 此，二次设备的电磁兼容性能成为了影响变电站安全运行的一个重要因素，二次系统电缆 连接方式所导致的电磁兼容问题也十分突出。
【发明内容】
[0014] 为解决上述问题，本发明提出一种限制变电站二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方 法，在电缆屏蔽层两端接地的情况下，有效限制电缆屏蔽层中的寄生电流，且不影响电缆正 常的通信、控制和电源供电的性能。
[0015]本发明的目标是采用下述技术方案实现的：
[0016]-种限制变电站二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方法，所述方法包括：
[0017]将变电站二次系统电缆的部分长度缠绕在磁环上，形成一个限流电感，将具有此 限流电感的二次系统电缆连接于变电站的二次设备之间，具有限制电缆屏蔽层的寄生电流 的功能。
[0018] 优选的，所述变电站二次系统电缆屏蔽层寄生电流的形式包括：稳态工频感应电 流、暂态故障电流和暂态雷电流；当出现寄生电流时，限流电感控制该电流不超过限流目 标。
[0019]进一步地，根据所述变电站二次系统电缆屏蔽层寄生电流的不同形式分别设定限 流目标，即限流后的最大电缆屏蔽层电流幅值；根据不同的限流目标，分别获取所需要的限 制稳态工频感应电流的电感值L1，限制暂态故障电流的电感值L2和和限制暂态雷电流的 电感值L3 ;并选取其中最大的限流电感值L=max(Ll，L2,L3)，作为限制寄生电流所需要的 最小限流电感值。
[0020] 进一步地，所述电感值L按下式计算：
[0021]
⑴
[0022] 式（1)中，y为磁环材料的磁导率，N为电缆绕环匝数，A为磁环截面积，C为磁环 有效磁路长度。
[0023]进一步地，增大磁环的有效磁路长度C，可以减小磁环饱和；设限流目标为IM，磁环 材料饱和点对应的磁场强度为Hs，磁环上缠绕电缆的匝数为N，则磁环有效磁路长度的约束 条件为：
[0024]
(2)b.
[0025]优选的，所述磁环的材料包括硅钢、非晶、微晶、铁氧体和坡莫合金；所述磁环的形 状包括圆形和矩形；所述磁环的截面形状包括圆形和矩形；所述磁环为带气隙或者不带气 隙的。
[0026]与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
[0027]变电站现在采用的限制二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方法是，电缆屏蔽层单端 接地，另一端悬浮，或另一端经过避雷器接地，这种接地方式牺牲了屏蔽电缆的屏蔽效果。
[0028]采用本发明所提出的限制二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方法后，电缆可以采用 两端接地的方式，实现优良的屏蔽效果；同时，电缆屏蔽层中的寄生电流可以限制在设定的 范围内，避免电缆烧蚀和损坏；电缆承担的通信、控制和电源供电的功能没有受到显著的不 利影响。
[0029] 在本发明提出的限制二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方法中，所采用的限流电感 结构简单，费用低廉，实施方便。
【附图说明】
[0030]图1为【背景技术】提供的二次系统电缆的常规连接示意图；
[0031]图2为【背景技术】提供的二次系统电缆屏蔽层中工频感应电流示意图；
[0032] 图3为【背景技术】提供的变电站地电位升高导致二次系统电缆屏蔽层中暂态电流 示意图；
[0033]图4为【背景技术】提供的二次系统电缆屏蔽层一端直接接地另一端悬浮的接线方 式；
[0034]图5为【背景技术】提供的二次系统电缆屏蔽层一端直接接地另一端经避雷器接地 的接线方式；
[0035]图6为本发明提供的二次系统电缆屏蔽层寄生电流限制电感结构示意图；
[0036]图7为本发明提供的二次系统电缆屏蔽层寄生电流限制电感的接线方式示意图；
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。