电力电缆中的电磁暂态

《电力电缆中的电磁暂态》是针对电缆电磁暂态现象研究的专著，从概念到复杂模型，《电力电缆中的电磁暂态》深入讲解了电力电缆电磁暂态现象的相关知识，从简单的集中参数电路到复杂的电缆高压网络，《电力电缆中的电磁暂态》讲解了不同场合下电缆电磁暂态分析的建模方法，并辅以大量的图表、电路和仿真结果，帮助读者加深理解。 

从基本概念到复杂模型，《电力电缆中的电磁暂态》深入讲解了电磁暂态和地下电力电缆的相关知识。从简单的集中参数电路，到复杂的电缆高压网络，《电力电缆中的电磁暂态》对不同电磁暂态现象进行了解释和证明，并讲解了电力电缆的建模方法。

为了加深读者对书中内容的理解，《电力电缆中的电磁暂态》每一章节都包含练习、结论和示例，并辅以丰富的插图、电路图和仿真结果。《电力电缆中的电磁暂态》还涉及了电缆网络中的谐波分析和对电缆网络的准确建模，并提供了一些“窍门”和解决方法以帮助缺乏经验的工程师更加有效地开展仿真和分析。

《电力电缆中的电磁暂态》对新接触这一领域的学生和工程师是非常宝贵的资源，对于富有经验的业内人员也是有益的参考。

第1章 组件描述
1.1电缆
1.1.1电气参数
1.1.2序阻抗
1.1.3实例
1.1.4其他损耗
1.2连接技术
1.3电缆热性能
1.3.1内部热阻
1.3.2外部热阻
1.3.3载流量计算
1.3.4实例
1.4并联电抗器
1.5习题
参考资料与扩展阅读
第2章 简单开关暂态
2.1拉普拉斯变换
2.2RL电路的开断（或并联电抗器）
2.2.1直流电源
2.2.2交流电源
2.2.3小结
2.3RC电路的开断（或电容器组）
2.3.1交流电源
2.3.2时间步长的重要性
2.3.3小结
2.4RLC电路的开断
2.4.1直流电源
2.4.2交流电源
2.4.3小结
2.5习题
参考资料与扩展阅读
第3章 行波
3.1引言
3.2电报方程
3.2.1时域
3.2.2频域
3.3电缆的阻抗和导纳矩阵
3.3.1两端接地电缆
3.3.2交叉互联电缆
3.3.3三芯电缆（管式）
3.3.4小结
3.4模态分析
3.4.1方法
3.4.2模态速度
3.4.3模态衰减
3.4.4小结
3.5电缆频谱
3.5.1零序
3.5.2小结
3.6行波的反射和折射
3.6.1线路终端
3.7本章小结
3.8习题
参考资料与扩展阅读
第4章 暂态现象
4.1引言
4.2不同类型的过电压
4.3操作过电压
4.3.1单芯电缆
4.3.2三相电缆
4.3.3电源建模
4.3.4连接方式的影响
4.4并联电缆的通电
4.4.1估算公式
4.4.2高频率下电感的调整
4.5缺零现象
4.5.1对策
4.6电缆的断点
4.7暂态恢复电压和再通电
4.7.1连接方式的示例和影响
4.7.2电缆和并联电抗器
4.8混合电缆—架空线
4.8.1通电和再通电
4.8.2小结
4.9电缆和变压器之间的相互作用
4.9.1串联谐振
4.9.2并联谐振
4.9.3铁磁谐振
4.10故障
4.10.1单相
4.10.2三相电缆
4.10.3连接了并联电抗器的电缆
4.10.4其他网络设备短路的影响
4.10.5总结
参考资料与扩展阅读
第5章系统建模与谐波
5.1引言
5.2开断分析的建模深度
5.2.1理论背景
5.2.2建模深度的计算
5.2.3交叉互联换位段的建模
5.2.4可能的误差
5.2.5扩展法和误差最小化
5.2.6等效网络
5.2.7包括电缆和架空线的系统
5.3电缆系统的谐波
5.3.1引言
5.3.2频谱估计
5.3.3频谱和电磁暂态
5.3.4灵敏度分析
5.3.5结论
5.4研究不同现象的电缆模型的类型
5.5开关暂态仿真的系统方法
5.5.1示例
参考资料与扩展阅读

一个多世纪以来，架空线已经成为在各电压等级下传输电能的最常用技术，尤其是在最高电压等级下。然而近年来，在丹麦、日本和英国等国的输电网中，高压交流电缆的数量和长度都有所增加。与此同时，以高压交流电缆与陆地相连的离岸风电场的建设也呈指数级增长。
随着高压交流电缆数量的增加，与其运行相关的电磁现象，尤其是电磁暂态方面的研究兴趣也在增加。自电力系统诞生以来，人们便开始了对于暂态现象的研究。最初仅局限于较为基本的现象开展分析。但是，随着计算工具变得更加强大，分析开始扩大到更为复杂的现象。
电磁瞬变并非新现象，许多文献都涉及了这方面的内容，至今仍在使用的经典著作如格林伍德的《电力系统中的电瞬态》，已经出版超过40年。然而，大多数文献往往忽略了高压交流电缆。这不难理解，因为长距离高压交流电缆在此前并不常见。
《电力电缆中的电磁暂态》旨在阐明使用高压交流电缆运行于电力网络时可能发生的一些瞬态现象。《电力电缆中的电磁暂态》是作为教材编写的，试图对不同的现象进行全面的解释，并着重描述不同的场景。作者认为，这种方法可以帮助读者更好地理解物理原理，并能在处理有关高压交流电缆的不同情况时对其开展相应分析。
《电力电缆中的电磁暂态》未涉及的一项重要主题是测量协议/方法。在电缆上进行测量时所使用的协议取决于测量的对象、可用的设备和可访问性。我们建议对此方面有兴趣的读者在博士学位与学术论文中搜索相关信息。
这本书不仅为学生而写，也能够帮助该领域的工程师了解他们所面临的问题及挑战，或者学习建立仿真模型。
第1章“组件描述”说明了电缆的几个层面及其功能，解释了如何计算电缆的不同电参数，如电阻、电感、电容，以及如何使用这些值计算正序和零序阻抗，包括如何调整这些数据值以获得更准确的计算结果。
本章介绍了通常用于电缆屏蔽层的不同连接结构（两端连接和交叉互联），还介绍了用于估算不同类型环境中电缆最大电流的方法，即热计算。
本章结尾介绍了并联电抗器。它能就地消耗电缆产生的无功功率，因而是电缆网络中的一个重要构成部分。
第2章“简单开关暂态”回顾了拉普拉斯变换原理，并用它来研究简单的开关暂态以及交流和直流电源的RC-RL-RLC负载。
换言之，本章演示了如何进行简单系统的分析。这些原理将在后面的章节中用于研究更复杂的场景。
第3章“行波和模态域”回顾了电报方程，以及如何计算电缆在不同频率下的回路、串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵。
本章还介绍了电缆的不同模态，如何计算其阻抗和速度，以及它们的频率依赖性。在电缆暂态的研究中，模态理论知识至关重要。的确，在许多情况下，我们用软件进行仿真，读者可能会觉得只有设计软件的人才需要知道如何使用模态理论。然而，要理解某些现象需要对该理论有最低限度的了解。因此，本书提供了关于这一主题的详细解释。本章最后还研究了不同连接结构电缆的频谱。
第4章“暂态现象”描述了高压交流电缆中可能发生的几种电磁现象。本章首先解释了双端连接和交叉互连情况下单根电缆的供电，展示了不同场景下的波形，并演示了如何使用模态理论来解释暂态波形；然后介绍了其他现象，如并联电缆供电、缺零、瞬态恢复电压和重燃。然后考虑了混合电缆—架空线，并且演示了在某些结构下的过电压可能相当高，以及连接结构对过电压幅度的影响。；分析了高容性的电缆与高感性的变压器之间的相互作用，并解释了一些可能的谐振及铁磁谐振场景。最后研究了电缆短路。由于屏蔽层回流的存在，这与架空线短路完全不同。屏蔽层的不同连接结构亦会影响短路电流的大小和瞬态恢复电压的大小。
第5章“系统建模与谐波”首先提出了一种方法，可在供电/重燃仿真中决定建立多少网络模型，也指出了该方法的可能限制。接着分析了由于电缆电容较大而具有较低谐振频率的电缆网络频谱，并提出了一种可在绘制网络频谱时节省时间的技术。本章的结尾提出了一项研究线路绝缘配合的系统方法，以及研究不同类型暂变的建模要求，包括了设备的建模深度和建模细节，附以分步通用示范。