一种高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备的制作方法

本技术涉及一种高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，属于电力设备。

背景技术：

1、高压电缆是城市输电与海上风电的主要传输设备，相比于架空线路，其能够节省丰富的空间资源，使用寿命长、传输容量大且不易受天气的影响而发生故障。在实际运行过程中，高压电缆可能受到不平衡暂态电压与电流的影响，例如断路器的开断、绝缘故障、局部放电等。对于交直流电缆而言，其正常运行时的额定频率为工频或直流，但上述电磁暂态的典型频段覆盖广泛，可高达数mhz。高频成分的侵入给电缆系统绝缘带来了挑战，因此如何实现电缆系统电磁暂态的精确计算，从而制定恰当的绝缘配合策略对电缆运行的安全可靠性具有重要的意义。

2、在通常的电缆系统电磁暂态计算中，缺乏对于模型精度的验证性环节，导致所得计算结果缺乏有力的电缆数据支撑。同时，过于粗糙的建模也将导致电磁暂态计算结果与实际产生较大偏差，影响后续的绝缘配合策略的制定，如避雷器与护层保护器的选型。过于保守的保护方案可能导致经济成本的升高，而过于激进的策略又将导致输电可靠性的降低。因此，开展对于电缆系统电磁暂态模型精度的验证性试验，从而明确计算结果的精确性在电缆系统的设计阶段具有充分的必要性。现有技术中，试验操作多为向电缆回路注入激励，在末端进行时域波形采集，与计算结果所得波形进行比对从而粗略判断模型精度。这类试验很难对电缆系统的建模进行全面的评判，由于仅包含单一传播下的时域信息，因此无法查找建模误差的来源。

3、申请号为cn202011564084.3的发明专利申请公开了一种高压交叉互联电缆接头暂态电应力评估方法，该方法存在以下缺陷：1、仅对高压交叉互联电缆接头的暂态过电压进行评估，缺乏对含电缆本体与电缆接头的完整电缆系统的电磁暂态评估；2、仅将操作过电压作为激励，所包含频率有限，未覆盖完整的暂态频段；3、仅考虑时域波形，缺乏基于模态解耦的各传播模式的验证，因此验证性不充分且试验所得结果包含的暂态有效信息有限；4、未考虑温度对于实际电缆运行的影响。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本实用新型提供一种高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，该设备通过对同轴模式、护层间模式与大地回路模式三类主要传播路径下电缆暂态电压、电流波的数据采集，与电磁暂态计算模型结果充分比对，多角度评判计算结果精度，并推测误差来源。同时，试验回路利用穿心变对电缆进行加热，从而使试验电缆具有与实际运行工况相近的温度环境，从而避免温度对试验结果的影响。

2、本实用新型的技术方案如下：

3、一种高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，该设备包括信号发生单元、信号采集单元、信号记录单元和电缆加热单元；所述信号采集单元包括高压差分探头和电流线圈；所述电缆加热单元用于加热电缆，所述电缆包括a、b、c三相；

4、该设备包括同轴模式布置回路，具体为：

5、所述信号发生单元的高压端与所述电缆首端的a相线芯连接，低压端与所述电缆首端的a相金属护层连接；

6、所述电缆首端的b相和c相的线芯、金属护层均接地；

7、一所述高压差分探头的两输入端分别与所述电缆首端的a相线芯和金属护层连接，输出端与所述信号记录单元连接；另一所述高压差分探头的两输入端分别与所述电缆末端的a相线芯、地面连接，输出端与所述信号记录单元连接；

8、所述电流线圈采集所述电缆的a相线芯电流；

9、该设备还包括护层间模式布置回路，具体为：

10、所述信号发生单元的高压端与所述电缆首端的a相金属护层，低压端与所述电缆首端的b相、c相的金属护层连接；

11、一所述高压差分探头的两输入端分别与所述电缆首端的a相、b相金属护层连接，输出端与所述信号记录单元连接；另一所述高压差分探头的两输入端分别与所述电缆末端的a相金属护层、地面连接，输出端与所述信号记录单元连接；

12、所述电流线圈采集所述电缆的a相金属护层电流。

13、进一步的，该设备还包括大地回路模式布置回路，具体为：

14、所述信号发生单元的高压端与所述电缆首端的a相、b相、c相金属护层连接；

15、所述电缆末端的a相、b相、c相的金属护层接地；

16、所述高压差分探头的两输入端分别与所述电缆首端的a相金属护层、地面连接，输出端与所述信号记录单元连接；

17、所述电流线圈采集所述电缆的a相金属护层电流。

18、进一步的，所述信号发生单元包括雷电脉冲发生器和任意波形发生器。

19、进一步的，所述雷电脉冲发生器为1.2/50μs雷电脉冲发生器，所述任意波形发生器为可产生0～1mhz正弦信号的任意波形发生器。

20、进一步的，所述信号记录单元包括示波器，与所述电缆首端连接的所述高压差分探头、电流线圈连接在同一个示波器上，与电缆末端连接的所述高压差分探头连接在另一个示波器上。

21、进一步的，所述信号记录单元包括示波器，所述高压差分探头与所述电流线圈通过同轴传输线与所述示波器连接。

22、进一步的，所述电流线圈为罗氏线圈。

23、进一步的，所述信号采集单元的高压端通过高压引线与所述电缆连接。

24、进一步的，所述电缆加热单元包括穿心变压器。

25、本实用新型具有如下有益效果：

26、1.该设备提出高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性回路与试验方法，填补了目前电磁暂态计算缺乏验证方法的空白。

27、2.该设备相比于对单一回路注入激励，仅测量首尾端电压电流信息，本实用新型基于模态解耦方法，提出了多传播模式下的电缆回路布置方式，独立分析各个模式传播路径下的电压电流波情况，避免了验证数据单一、验证有效性薄弱的问题。同时，由于各传播模式的验证试验不受其他模式干扰，因此可实现根据结果对误差来源进行判断。

28、3.该设备利用穿心变对电缆系统进行加热，从而模拟实际暂态传播中的电缆截面温度梯度，充分考虑了温度对暂态传播过程的影响。

29、4.该设备可对三类回路电压、电流波形幅值、相位差及传播速度进行比较，从4个维度对比验证电磁暂态计算结果。

技术特征：

1.一种高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，该设备包括信号发生单元、信号采集单元、信号记录单元和电缆加热单元；所述信号采集单元包括高压差分探头和电流线圈；所述电缆加热单元用于加热电缆，所述电缆包括a、b、c三相；

2.根据权利要求1所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，该设备还包括大地回路模式布置回路，具体为：

3.根据权利要求1或2所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述信号发生单元包括雷电脉冲发生器和任意波形发生器。

4.根据权利要求3所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述雷电脉冲发生器为1.2/50μs雷电脉冲发生器，所述任意波形发生器为可产生0～1mhz正弦信号的任意波形发生器。

5.根据权利要求1所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述信号记录单元包括示波器，与所述电缆首端连接的所述高压差分探头、电流线圈连接在同一个示波器上，与电缆末端连接的所述高压差分探头连接在另一个示波器上。

6.根据权利要求1或2任一所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述信号记录单元包括示波器，所述高压差分探头与所述电流线圈通过同轴传输线与所述示波器连接。

7.根据权利要求1或2任一所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述电流线圈为罗氏线圈。

8.根据权利要求1或2任一所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述信号采集单元的高压端通过高压引线与所述电缆连接。

9.根据权利要求1或2任一所述高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，其特征在于，所述电缆加热单元包括穿心变压器。

技术总结
本技术涉及一种高压电缆系统电磁暂态波过程多模式验证性设备，该设备包括信号发生单元、信号采集单元、信号记录单元和电缆加热单元；所述信号采集单元包括高压差分探头和电流线圈；所述电缆加热单元用于加热电缆，所述电缆包括A、B、C三相；该设备包括同轴模式布置回路，和护层间模式布置回路。本技术通过不同模式主要传播路径下电缆暂态电压、电流波的数据采集，与电磁暂态计算模型结果充分比对，多角度评判计算结果精度，并推测误差来源。同时，试验回路利用穿心变对电缆进行加热，从而使试验电缆具有与实际运行工况相近的温度环境，从而避免温度对试验结果的影响。

技术研发人员：严有祥,刘永清,强伟,张世炼,徐子峻,林智雄,罗晨,徐宏斌,孙志鸿,蔡俊宇,曾麟,谢维,游小华,陈朝晖,洪志超,陈鸿,徐阳,胡钰骁
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司厦门供电公司
技术研发日：20230626
技术公布日：2024/1/15