电磁脉冲下电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法与流程

本发明属于电力传输线缆仿真，涉及一种电磁脉冲下电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法。

背景技术：

1、电磁脉冲(electromagnetic pulse，emp)是由快速爆炸产生的一系列电磁辐射，是一种强度高、频带宽、具有突发性的电磁能量爆发。由于电磁脉冲的频谱范围极其丰富，生产生活中常用电子电力设备的工作频段都覆盖在内，且电子信息系统线缆种类多、连接方式复杂等特点，所以电磁脉冲容易对电子信息系统、电力系统等网络形成耦合，从而产生耦合电流和耦合电压，这将对电气和电子设备产生严重影响和损害。

2、电子电力系统的正常运转维持着现代社会工作生活的持续发展，能量和信息的产生与传输保障着国家民生设施发展的关键组成部分。在电力输送领域，线缆是负责传输信息及能量的基础传输媒介，确保系统中设备的正常运行及电力的高效传输。通常，埋地线缆和架空线缆是传输线缆的两种设计方式。埋地线缆通过提前布置好地下管道将线缆埋设于地下深处，架空线缆通过电线杆将多根线缆架设于地面上方。埋地线缆和架空线缆的稳定可靠运行为整个电子电力系统工作提供持续保障。

3、在电力传输系统中，常常受到电磁脉冲的影响，导致电力线路短路、发电机故障等现象，对电网、通信网等关键基础设施造成严重威胁。电磁脉冲对电力传输电缆产生影响的机理是电磁场对传输线的场线耦合产生较高的感应电流和感应电压，电磁能量传导至线缆端口会引起绝缘损坏、开关跳闸、元器件损坏等传导效应。在整个电力传输与信息传输过程中，需要避免电磁脉冲引起的电磁干扰现象对传输线缆的影响，减轻电磁干扰强度，将耦合电流、电压控制在阈值以内。因此，分析电磁脉冲对电力传输线缆的耦合效应，研究电磁脉冲环境下电子电力系统的设计建设和耦合防护具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电磁脉冲下电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法，可实现针对电磁脉冲对电力传输线耦合效应的问题进行建模仿真。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种电磁脉冲下电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法，其包括：

4、s1、获取仿真设定的电磁环境相关参数：

5、s2、确定线缆类型及参数，根据所需线缆类型及参数建立线缆库模型；

6、s3、确定线缆的铺设场景、位置及起始坐标；

7、s4、根据线缆放置位置及路径建立线缆节点表，并连接线缆两端节点形成线缆路径；

8、s5、根据环境参数确定线缆仿真模型对地平板的属性；

9、s6、根据步骤s1～s5的设置在电磁仿真软件中完成建模，得到线缆三维仿真模型；再根据三维仿真模型设计等效电路及终端管脚；

10、s7、根据等效电路图布置管脚位置，并联合仿真模型接入负载和地；

11、s8、设置瞬态仿真任务以及任务参数；

12、s9、改变仿真模型中的参数变量，检测线缆仿真模型的电信号，得到仿真结果并进行分析，根据耦合规律确定线缆所受电磁脉冲影响状况。

13、进一步地，步骤s1中，电磁环境相关参数包括电磁脉冲具体波形、时域波形中场强峰值、修正参数、脉冲前沿参数和脉冲后沿参数。

14、进一步地，步骤s2中，线缆参数包括线缆的材料属性、物理属性和电属性。其中材料属性包括导体和绝缘体类型；物理属性包括线缆导体直径、导体形状、编织层数量、角度和密度；电属性包括转移阻抗和屏蔽效能。

15、进一步地，步骤s3中，线缆铺设场景包括线缆的架设条件和传输路线，起始坐标包括测试线缆的起始坐标。

16、进一步地，步骤s5中，线缆仿真模型对地平板的属性包括大地电导率和相对介电常数。

17、进一步地，步骤s7中，还需根据等效电路图确定参数，包括负载阻抗大小和接地方式。

18、进一步地，步骤s8中，瞬态仿真任务为联合仿真，任务参数包括仿真时间和仿真最大频率。

19、进一步地，步骤s9中，参数变量包括电磁脉冲参数、电磁波参数和线缆参数。其中电磁脉冲参数包括电磁脉冲类型和电磁脉冲不同时间阶段；电磁波参数包括入射角、方位角和极化角；线缆参数包括线缆半径、长度、架设高度、接地方式和负载阻抗。

20、本发明的有益效果在于：本发明提供一种应用于电磁脉冲对电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法，针对电磁脉冲电磁场对线缆的耦合问题，利用仿真软件进行仿真计算，分析耦合效应影响因素，并可总结不同参数对耦合电压、电流的影响变化规律，有利于深入了解干扰方式、耦合路径，有助于电力传输线缆设计和电磁防护加固。

21、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种电磁脉冲下电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s1中，所述电磁环境相关参数包括电磁脉冲具体波形、时域波形中场强峰值、修正参数、脉冲前沿参数和脉冲后沿参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s2中，所述线缆参数包括线缆的材料属性、物理属性和电属性；所述材料属性包括导体和绝缘体类型；所述物理属性包括线缆导体直径、导体形状、编织层数量、角度和密度；所述电属性包括转移阻抗和屏蔽效能。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s3中，线缆铺设场景包括线缆的架设条件和传输路线，起始坐标包括测试线缆的起始坐标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s5中，线缆仿真模型对地平板的属性包括大地电导率和相对介电常数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s7中，还需根据等效电路图确定参数，包括负载阻抗大小和接地方式。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s8中，所述瞬态仿真任务为联合仿真，所述任务参数包括仿真时间和仿真最大频率。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s9中，所述参数变量包括电磁脉冲参数、电磁波参数和线缆参数；所述电磁脉冲参数包括电磁脉冲类型和电磁脉冲不同时间阶段；所述电磁波参数包括入射角、方位角和极化角；所述线缆参数包括线缆半径、长度、架设高度、接地方式和负载阻抗。

技术总结
本发明涉及一种电磁脉冲下电力传输线缆耦合效应的建模及仿真方法，属于电力传输线缆仿真技术领域。该方法包括：获取仿真设定的电磁环境相关参数：确定线缆类型及参数以建立线缆库模型；确定线缆的铺设场景、位置及起始坐标；根据线缆放置位置及路径建立线缆节点表，形成线缆路径；根据环境参数确定线缆仿真模型对地平板的属性；根据前述参数在电磁仿真软件中完成建模；根据仿真模型设计等效电路及终端管脚；根据等效电路布置管脚位置，并联合仿真模型接入负载和地；设置瞬态仿真任务及任务参数；改变仿真模型中的参数变量，检测线缆仿真模型的电信号，得到仿真结果并进行分析，根据耦合规律确定线缆所受电磁脉冲影响状况。

技术研发人员：李自若,周新和,李岩,郭羽,李姣,梅印雪,李小飞,殷子怡,刘婷,王飞霏,李欣,张亦兵,陶军,付红梅,熊林军
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11