0引言

    變電站中存在大量的屏蔽控制電纜，承擔(dān)變

電站一次側(cè)和二次側(cè)的信號傳輸。隨著超高壓

和特高壓輸電線路的建設(shè)和運(yùn)行，變電站內(nèi)的電

磁騷擾在不斷增強(qiáng)，尤其是變電站內(nèi)常規(guī)的開關(guān)

操作。由于隔離開關(guān)的動作速度相對較慢，會在

變電站內(nèi)產(chǎn)生幅值大、頻率高、陡度高的暫態(tài)快

速過電壓(Very  Fast  Transient  Overvoltage

VFTO) o VFTO會通過電流互感器和電容式電壓

互感器等測量設(shè)備直接藕合至與之相連的屏蔽

電纜芯線，在電纜芯線末端造成騷擾，可能使二

次側(cè)的設(shè)備誤動作或絕緣擊穿[ca

    實際的屏蔽電纜芯線是通過成纜工藝絞合

在一起的[}z}，利用傳統(tǒng)的平行傳輸線模型會給

計算結(jié)果帶來很大的誤差。本文利用多導(dǎo)體傳

輸線理論建立了型號為I}VVRP}2的19芯屏

蔽電纜的串?dāng)_計算模型。根據(jù)電纜的實際結(jié)

構(gòu)，考慮芯線層與層之間絞合的影響，提出了對

平行傳輸線模型的分布電容和電感矩陣進(jìn)行修

正的方法，使其能適用于實際電纜的工程計算。

1平行多導(dǎo)體傳輸線模型

    將屏蔽電纜內(nèi)的n根芯線和屏蔽層看作是

n+1個導(dǎo)體組成的多導(dǎo)體傳輸線系統(tǒng)，以屏蔽層

為參考導(dǎo)體，可列出方程[C37 ;

式中:〔Z—芯線相對于屏蔽層的電壓向量;

      Z—   nxn維的阻抗矩陣;

      1—芯線的電流向量;

      Y   nxn維的導(dǎo)納矩陣。由于芯線間的絞合，使芯線末端的電壓響應(yīng)

和芯線之間的串?dāng)_分析變得復(fù)雜，如果仍用傳統(tǒng)

的多導(dǎo)體平行傳輸線模型計算，會帶來工程上不

能接受的誤差。

    實際多芯電纜的芯線都是螺旋纏繞的，當(dāng)

絕緣芯線旋轉(zhuǎn)一周，絕緣芯線沿軸向前進(jìn)的距

離稱為電纜節(jié)距。在多芯屏蔽電纜中，中心芯

線相對于其他芯線，其相對位置并沒有改變，

因此可以不用考慮因芯線之間的絞合對中心

芯線的影響。對于每一層內(nèi)部的芯線，芯線之

間的相對位置也沒有改變，無需考慮絞合產(chǎn)生

的影響;對于不同層之間的芯線，由于芯線間

的絞合，其相對位置會隨著電纜節(jié)距作周期性

的變化，此時就必須考慮絞合運(yùn)動對芯線的

影響。

    有三層芯線的多芯屏蔽電纜截面圖如圖3

所示。

因此，由式(8)一式(11)可得

    根據(jù)式(12)，可解得魷和魷。將魷、魷代

入式(8)、式(9)，就可求得傳輸線終端電壓和

圖3有二層芯線的多芯屏蔽電纜截而圖    在圖3中，將第二層芯線看作相對運(yùn)動的

參考體，第三層芯線圍繞著第二層和中心芯線

作絞合運(yùn)動。在一個電纜節(jié)距內(nèi)，最外一層的

所有芯線相對于第二層和中間芯線而言其位置

是等同的。從電路的角度上說，就是最外一層

所有芯線與第二層和中間芯線的互電容和互電

感相等，即 在一個電纜節(jié)距內(nèi)，對于第二層和中間芯線

而言，最外一層芯線的位置剛好完成一次交換。

因此，可以用沒有絞合時芯線的互電容值來

求C}:

圖4電纜截而編號小怠圖

    芯線首段和末端均與屏蔽層開路，干擾源為

信號發(fā)生器產(chǎn)生的250 kHz的方波，峰峰值約為

1.94 V，方波的上升時間約為22 ns。電壓干擾信

號的波形如圖5所示。  將多芯電纜層與層之間的互電容和互電感

分別用式(13)和式(14)代替，電容矩陣的其他

電容值仍用平行傳輸線模型的電容值，將得到

的考慮電纜芯線絞合后的分布電容、電感參數(shù)

代入式(1)和式(2)，就可用平行傳輸線模型求

解實際絞合電纜的終端響應(yīng)。

圖6  19芯屏蔽電纜試驗系統(tǒng)原理圖

3計算結(jié)果與試驗結(jié)果分析

    選取圖3所示的長度為6 m的19芯屏蔽電

纜。為分析方便，將電纜芯線按照從里到外逆時

針編號。電纜截面編號示意圖如圖4所示。

3. 1}一擾源在芯線1#

    將圖5的電壓干擾源加在芯線1“與屏蔽層

之間。考慮芯線的對稱排布，只計算芯線1",2",

8"的終端電壓響應(yīng)。干擾源在芯線1“時計算結(jié)

果與試驗結(jié)果如表1所示。

3. 2}一擾源在芯線2#

    電纜芯線兩端與屏蔽層開路，其他計算條件

均不變，根據(jù)芯線的對稱性，對芯線1#,2#,3#,4#,

5},8}所受到的騷擾進(jìn)行分析。干擾源在芯線2}

時計算結(jié)果與試驗結(jié)果如表2所示。3.31一擾源在芯線}#

    電纜芯線兩端與屏蔽層開路，其他計算條件

均不變，根據(jù)芯線的對稱性，只分析芯線1#v2#v

8#一14“末端所受到的電壓騷擾。干擾源在芯

線8“時計算結(jié)果與試驗結(jié)果如表3所示。

    表1一表3可知，當(dāng)干擾源加在不同芯線時，計

算結(jié)果與試驗結(jié)果的趨勢基本一致;穩(wěn)態(tài)電壓的最

大誤差為8. 69 %，發(fā)生在干擾源在芯線1"、計算芯線

8}(最外一層芯線)末端電壓響應(yīng)時;最大相對誤差

為28. 00%，發(fā)生在干擾源在芯線8}、計算芯線14#

(離芯線8}最遠(yuǎn)的芯線)末端電壓響應(yīng)時。