具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1，超导电缆电磁兼容性评价方法包括：

步骤1，根据超导电缆本体的单相结构尺寸参数，建立三相超导电缆本体的电磁场仿真模型，如图2所示，三相超导电缆本体的电磁场仿真模型的内部位于等边三角形顶点的是三相超导电缆1，外部为铠装层2。

具体地，步骤1中，超导电缆的单相结构尺寸参数包括：衬芯外径、超导带层数及外径、PPLP绝缘层厚度及外径、超导屏蔽层层数及外径、铜带外径，具体参数详见表1。

表1高温超导电缆的单相结构尺寸参数一览表

本优选实施例中，超导电缆的三相平行地包含在一个绝热管和护套内，共享同一个低温环境。三相统包电缆的绝热管外经和护套外经分别为180mm和186mm，与传统电缆相比，节约了相当可观的物理空间，拥有更高的电缆单位横截面输电效率。

基于超导电缆的柱形轴对称结构特性，三相超导电缆的电磁场仿真模型是二维仿真模型。

本优选实施例中，工频磁场的仿真采用COMSOL Multiphysics软件展开研究。

步骤2，在正常工作工况和单相接地短路工况下，利用三相超导电缆本体的电磁场仿真模型仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

具体地，步骤2包括：

步骤2.1，设置超导电缆的三相电流参数。

进一步，步骤2.1中，超导电缆的三相电流参数包括：导电层三相电流参数和屏蔽带三相电流参数。

本优选实施例中，按35kV超导电缆的设计载流量，按额定电流为2200A设置激励电流函数为相位差120°。设置超导层三相电流参数(单位：安培)如式(1)所示：

设置屏蔽带三相电流参数(单位：安培)如式(2)所示：

步骤2.2，正常工作工况下，当单相电流达到峰值时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

本优选实施例中，正常工作工况下，当t＝0.005s时，A相电流达到峰值，从超导电缆护套到距电缆中心3m处的磁场分布曲线如图3所示，靠近电缆护套处磁通密度约为38μT，之后按距离平方的倒数快速衰减。从图3中可见，电缆护套位置处的磁通密度已小于100μT，距离电缆护套200mm位置处的磁通密度已衰减至6μT。约0.7m处磁通密度衰减至1μT以下。

步骤2.3，正常工作工况下，当单相电流过零时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

本优选实施例中，正常工作工况下，当t＝0.01s时，A相电流过零时刻，从超导电缆护套到距电缆中心3m处的磁场分布曲线如图4所示，靠近超导电缆护套处磁通密度约为36μT，之后快速衰减。从图4中可见，电缆护套磁通密度已衰减至100μT以下；距离电缆护套200mm位置处磁通密度已衰减至5.8μT；约0.7m处磁通密度降低至1μT以下。

步骤2.4，单相接地短路工况下，当故障相电流达到峰值时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值；

本优选实施例中，设计A相接地短路时的载流量，则超导层三相电流参数(单位：安培)如式(3)所示：

则屏蔽带三相电流参数(单位：安培)如式(5-26)所示：

本优选实施例中，单相接地短路工况下，当t＝0.005s时，A相电流达到峰值，从超导电缆护套到距电缆中心3m处的磁场分布曲线如图5所示，靠近电缆护套处磁通密度约为50μT，之后按距离平方的倒数快速衰减。从图5中可见，在电缆护套位置处的磁通密度已衰减至100μT以下，距离电缆护套200mm位置处的磁通密度已衰减至7μT。约2m处磁通密度衰减至1μT以下。

步骤2.5，单相接地短路工况下，当故障相电流过零时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

本优选实施例中，单相接地短路工况下，当t＝0.01s时，A相电流过零时刻，从超导电缆护套到距电缆中心3m处的磁场分布曲线如图6所示，靠近超导电缆护套处磁通密度约为36μT，之后快速衰减。从图6中可见，在电缆护套处，磁通密度已衰减至100μT以下；距离电缆护套200mm位置处磁通密度已衰减至6μT；约2m处磁通密度降低至1μT以下。

步骤2.6，设置超导电缆的三相电压参数。

本优选实施例中，35kV超导电缆处于额定电压工作状态时，设置激励电压函数为相位差120°。三相电压参数如式(5)所示(单位：伏特)：

步骤2.7，正常工作工况下，当单相电压达到峰值时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

本优选实施例中，正常工作工况下，当t＝0.005s时，A相电压达到峰值，工频电场得到了很好的屏蔽，电缆外部的工频电场接近于零。

步骤2.8，正常工作工况下，当单相电压过零时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

本优选实施例中，正常工作工况下，当t＝0.01s时，A相电压过零时刻，与A相处于电压峰值时相同，此时电缆外部的工频电场接近于零。

步骤2.9，单相接地短路工况下，当非故障的两相电压达到峰值时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

本优选实施例中，35kV超导电缆处于A相接地短路的工作状态时，三相电压参数如式(6)所示(单位：伏特)：

单相接地短路工况下，当t＝0.005s时，B、C相电压达到峰值，工频电场得到了很好的屏蔽，电缆外部的工频电场接近于零。

步骤2.10，单相接地短路工况下，当故障相电压过零时，仿真计算超导电缆本体的电磁场仿真值。

单相接地短路工况下，当t＝0.01s时，A相电压过零时刻，与A相接地短路工况下B、C相处于电压峰值时相同，此刻电缆外部的工频电场接近于零。

超导电缆运行在不同工况下的电磁场分布仿真结果如表2所示。

表2超导电缆不同工况下的电磁场仿真结果

从表2来看，在正常工作情况下，在超导电缆护套处，即可满足公众曝露限值要求；在距离超导电缆约0.7m处，即可满足I类工频磁场敏感设备的抗扰度限值要求；在A相短路接地的工况下，在超导电缆护套处，亦可满足公众曝露限值要求，在距离超导电缆约2m处，即可满足I类工频磁场敏感设备的抗扰度限值要求。

仿真和分析均表明，与电缆结构和电磁场分布理论分析相一致，从超导电缆周围的电位和电场分布可知，超导电缆周围的电磁场分布规律与普通电缆一致。

步骤3，根据超导电缆接头的单相超导带材绕制参数，建立三相超导电缆接头的电磁场仿真模型，如图7所示。

具体地，步骤3中，超导电缆的单相超导带材绕制参数包括：导电层的各层带材的绕制半径、节距、根数、螺旋角度和绕制方向，屏蔽层的各层带材的绕制半径、节距、根数、螺旋角度和绕制方向。

超导带材绕制半径确定下来之后，超导电缆每层带材以一定的节距和方向螺旋缠绕于电缆骨架上。单相超导带材绕制参数如表3所示。

表3超导电缆接头的单相超导带材绕制参数

根据超导电缆的实际尺寸和内部结构建立了三相超导电缆接头模型，由于超导带材为螺旋结构，接头部分需要两根电缆每层带材焊接形成载流通道，因此建立三维仿真模型。焊接部分建模考虑焊接厚度为2mm，且绕制方向与带材一致。

步骤4，在正常工作工况和单相接地短路工况下，利用三相超导电缆接头的电磁场仿真模型仿真计算超导电缆接头的电磁场仿真值。

具体地，步骤4包括：

步骤4.1，设置超导电缆的三相电流参数。

本优选实施例中，按35kV超导电缆的设计载流量，按额定电流为2200A设置激励电流。电流激励函数与超导电缆本体一致。

步骤4.2，正常工作工况下，当单相电流达到峰值时，仿真计算超导电缆接头的电磁场仿真值。

本优选实施例中，正常工作工况下，当t＝0.005s时，A相电压达到峰值，靠近电缆护套处磁通密度约为46μT，之后按距离平方的倒数快速衰减，电缆护套位置处的磁通密度已小于100μT，距离电缆护套200mm位置处的磁通密度已衰减至10μT。约0.8m处磁通密度衰减至1μT以下。

步骤4.3，正常工作工况下，当单相电流过零时，仿真计算超导电缆接头的电磁场仿真值。

本优选实施例中，正常工作工况下，当t＝0.01s时，A相电流过零时刻，靠近超导电缆护套处磁通密度约为43μT，之后快速衰减，电缆护套磁通密度已衰减至100μT以下；距离电缆护套200mm位置处磁通密度已衰减至8μT；约0.8m处磁通密度降低至1μT以下。

步骤4.4，单相接地短路工况下，当故障相电流达到峰值时，仿真计算超导电缆接头的电磁场仿真值。

本优选实施例中，按35kV超导电缆35kV的额定电压以及2200A的额定电流为依据设计A相接地短路时的载流量。电流激励函数与超导电缆本体一致。

单相接地短路工况下，当t＝0.005s时，A相电压达到峰值，靠近电缆护套处磁通密度约为62.5μT，之后按距离平方的倒数快速衰减，在电缆护套位置处的磁通密度已衰减至100μT以下，距离电缆护套200mm位置处的磁通密度已衰减至12.5μT。约2m处磁通密度衰减至1μT以下。

步骤4.5，单相接地短路工况下，当故障相电流过零时，仿真计算超导电缆接头的电磁场仿真值。

本优选实施例中，单相接地短路工况下，当t＝0.01s时，A相电流过零时刻，靠近超导电缆护套处磁通密度约为41μT，之后快速衰减，在电缆护套处，磁通密度已衰减至100μT以下；距离电缆护套200mm位置处磁通密度已衰减至7μT；约2m处磁通密度降低至1μT以下。

超导电缆接头部位运行在不同工况下的电磁场分布仿真结果如表4所示。

表4超导电缆接头不同工况下的电磁场仿真结果

从计算结果来看，在正常工作情况下，在超导电缆接头护套处，即可满足公众曝露限值要求；在距离超导电缆接头约0.8m处，即可满足I类工频磁场敏感设备的抗扰度限值要求；在A相短路接地的工况下，在超导电缆接头护套处，亦可满足公众曝露限值要求，在距离超导电缆接头约2m处，即可满足I类工频磁场敏感设备的抗扰度限值要求。

仿真和分析均表明，与电缆结构和电磁场分布理论分析相一致，超导电缆周围的电磁场分布规律与普通电缆一致。

综合多种状况下仿真结果，得表5所示的超导电缆电磁场数据。

表5超导电缆不同工况下电磁场的仿真结果

对于工频电场，由于电缆铠装层和液氮管的屏蔽作用，对外界没有电场影响。

综合多种工况下，对于电磁场曝露的影响，无论是在正常工况下还是在单相短路的情况下候，超导电缆的工频磁场都可以在超导电缆护套处满足公众曝露限值要求(远小于100μT)。

对于电磁场干扰的影响，即使在短路情况下电磁场比较高的时候，超导电缆的工频磁场也可在距电缆护套2m处满足I类工频磁场敏感设备的抗扰度限值要求(1μT)；在额定电流下，超导电缆周围的工频磁场在距电缆护套0.7m处即可满足I类工频磁场敏感设备的抗扰度限值要求(1μT)。

本发明优选实施例中，使用工频电磁场测试仪对超导电缆的电磁场进行测量；工频电磁场测试仪采用工频电场与磁场一体式设备，为了快速将工频磁场测量仪X、Y、Z三个方向的测量传感器精准定位到同一测量点，提出了一种三维工频磁场准确对位测量方法并设计了相应的测量辅助装置。超导电缆的电磁场测量值详见表6。

表6超导电缆样段周围电磁场测量值(单位：μT)

本发明实施例中，电磁场理论值B_t与电磁场测量值B_m的对比曲线如图8所示。

步骤5，考虑三相电流的不平衡性，利用超导电缆本体的电磁场仿真值及超导电缆接头的电磁场仿真值，分别计算平衡部分电流的磁通密度和不平衡部分电流的磁通密度。

具体地，步骤5包括：

步骤5.1，根据各相净电流数值，得到超导电缆屏蔽层上平衡部分电流的感应比例α；

步骤5.2，利用平衡部分电流的感应比例，以如下关系式计算得到平衡部分电流的磁通密度比例β：

β＝1-α

步骤5.3，以如下关系式计算得到平衡部分电流的磁通密度B_t,b：

式中，为超导电缆本体的电磁场仿真值，为超导电缆接头的电磁场仿真值；

本优选实施例中，三相电缆的电流值分别为2201A、2198A和2250A。根据净电流数据，可以推断出，三相电流的平衡部分可以在屏蔽层上感应出约93.5％的电流。平衡部分电流的理论磁通密度应乘以电磁场仿真值的6.5％。

步骤5.4，以如下关系式计算得到不平衡部分电流的磁通密度B_t,ub：

式中，μ₀为真空磁导率，满足μ₀＝4π×10^-7H/m，I_u为平衡电流，r为仿真数值计算点到超导电缆中心的距离。

步骤6，利用平衡部分电流的磁通密度和不平衡部分电流的磁通密度，获得超导电缆在不同运行工况下的电磁场理论值。

步骤6中，将不同运行工况下的平衡部分电流的磁通密度B_t,b和不平衡部分电流的磁通密度B_t，ub相加，得到超导电缆在不同运行工况下的电磁场理论值B_t。详见表7。

表7超导电缆样段外部周围电磁场的理论计算值(单位：μT)

从表7可以看出，在距离电缆中心26cm时，工频磁场数值已经在100μT以下，满足公众曝露限值要求。

步骤7，以输变电设施电磁环境控制限值为依据，利用超导电缆在不同运行工况下的电磁场理论值，对超导电缆输电线路途径上敏感点的电磁兼容性进行评价。

具体地，步骤7包括：

步骤7.1，确定超导电缆输电线路途径上敏感点到超导电缆中心的距离

步骤7.2，根据距离获取该敏感点的电磁场分析值

步骤7.3，以输变电设施电磁环境控制限值B^*为基准，当敏感点的电磁场分析值不大于电磁环境控制限值B^*时，则判定该敏感点的电磁兼容性满足公众曝露限值要求；反之，则判定该敏感点的电磁兼容性不满足公众曝露限值要求。

进一步，步骤7.3还包括：

以输变电设施电磁环境控制限值B^*为基准，能够保证超导电缆输电线路途径上任一点的电磁场分析值B_r′均不大于电磁环境控制限值B^*所对应的距离r′，以该距离r′确定满足电磁兼容性的超导电缆输电通道宽度。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，采用本发明提出的超导电缆电磁兼容性评价方法，充分掌握三相冷绝缘高温超导电缆的工频磁场强度的分布规律，以及不同复杂环境下超导电缆周围电磁场的分布情况，以便判断超导电缆输电线路途径是否满足公众曝露限值要求。

本发明提出的方法，能够准确获得超导电缆输电线路的电磁辐射对周围生态、社会环境的影响，基于仿真结果指导沿线相关的电路设施进行保护设计并采取相应措施处理，保证变周围环境敏感点，工频电场强度、工频磁感应强度监测值均在国家评价标准的限制内。

将本发明提出的方法应用于超导电缆工程的环评工作中时，所得数据准确可靠，对于项目环保可行性、运行维护环境评价提供数据支撑。

将本发明提出的方法应用于超导电缆设备管理和选择时，所得数据能够指导设备选型、设备定级和完善巡视，尤其是在设备选型和设备定级时，结合电磁兼容水平的仿真数据进行综合分析，以权衡对超导电缆等电力设备安全运行的影响程度，并合理考虑绝缘和继电保护管理；同时，还可以佐证设备技术状态，对于加强维护、消除隐患具有辅助作用，使得设备处于完好状态运行。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。