CN104915469A - 一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法 - Google Patents

Abstract

一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法，涉及一种过载电流计算方法。现有海缆短时最大允许过载电流的计算方法均参照该标准进行，需要参数众多、公式繁琐，计算过程复杂，很难短时间内给出较准确的结果。一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法，包括以下步骤：获取环境参数；获取海缆本体结构参数、电气参数；通过在线监测获取海缆初始电流值I₁；根据IEC 60287标准公式计算导体初始温度：根据检修或调度指令获取短时过载时间t_m；当短时过载时间t_m小于设定时间时，通过公式：计算t_m内最大允许过载电流I₂。本技术方案计算要求参数少、计算过程简便、快速。海缆过载时间越短，计算结果可靠性越高。

Description

一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法

技术领域

本发明涉及一种过载电流计算方法，尤其涉及一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法。

背景技术

海底电缆运行中导体的温度是确定海缆是否达到载流量的依据。而海缆内部各层均存在一定的热容，导体温度的响应速度严重滞后损耗变化速度。实际上，海缆很少长期运行在恒定负载下。更重要的是了解加上负载后电缆温度的增速，以及在恒定负载作用下，到达稳态温度的时间。海缆具有短时超出容许稳态载流量的应急过载能力，美、苏、日等早有论述涉及，国际大电网会议(CIGRE)技术刊物于70年代陆续刊有相关论述，国际电工委员会(IEC)1989年公布了电缆应急额定电流(Emergency Current Rating)或称短时容许过载电流的算法标准，即IEC853-2(1989)《电缆周期性和应急额定电流计算第2部分:18/30(36)kV以上电缆的周期性电流和所有电压的应急额定电流计算》。现有海缆短时最大允许过载电流的计算方法均参照该标准进行，需要参数众多、公式繁琐，计算过程复杂，很难短时间内给出较准确的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法，以达到计算方便的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法，包括以下步骤：

1)获取环境参数，包括环境温度θ₀、海缆登陆段土壤热阻系数T₄；

2)获取海缆本体结构参数、电气参数，海缆本体结构参数包括海缆绝缘层、内衬层、外被层的热阻系数T₁、T₂、T₃，电气参数包括每米电缆每相线芯的导线损耗W_c、每米电缆每相线芯的介质损耗W_i、电缆金属护套损耗系数λ₁和铠装层损耗系数λ₂；

3)通过在线监测获取海缆初始电流值I₁；

4)根据IEC 60287标准公式计算导体初始温度：

${\mathrm{\θ}}_c=(W_c+\frac{1}{2}{W}_i)T_1+[W_c(1+{\mathrm{\λ}}_1)+W_i]n{T}_2+[W_c(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)+W_i]n(T_3+T_4)+{\mathrm{\θ}}_0$

对于单芯电缆，n＝1，对于三芯电缆，n＝3；

5)根据检修或调度指令获取短时过载时间t_m；

6)当短时过载时间t_m小于设定时间时，通过公式：计算t_m内最大允许过载电流I₂；其中r为海缆单位长度导体电阻，c_p是铜的比热；m_Cu为单位长度铜导体的质量。

对于很短时间内的过载，认为海缆导体与绝缘层界面处于绝热状态，即该段时间内导体产生的热量完全用于导体温度的升高，未通过绝缘向外散热，由此建立简易热平衡方程：ΔQ·t_m＝c_pm_CuΔθ；其中ΔQ为导体过载状态与初始状态产生的热量差值，Δθ为过载结束后的导体温升。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的设定时间为5min，当短时过载时间t_m小于5min时，通过公式: $I_2=\sqrt{\frac{c_p{m}_{\mathrm{Cu}}(90-{\mathrm{\θ}}_c)}{{\mathrm{rt}}_m}+I_1^2},$ 计算t_m内最大允许过载电流I₂。

有益效果：本技术方案计算要求参数少、计算过程简便、快速。海缆过载时间越短，计算结果可靠性越高。

附图说明

图1是海缆导体温升图。

图2是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图2所示，本发明步骤为：

1)获取环境参数，包括环境温度θ₀、海缆登陆段土壤热阻系数T₄；

2)获取海缆本体结构参数、电气参数，海缆本体结构参数包括海缆绝缘层、内衬层、外被层的热阻系数T₁、T₂、T₃，电气参数包括每米电缆每相线芯的导线损耗W_c、每米电缆每相线芯的介质损耗W_i、电缆金属护套损耗系数λ₁和铠装层损耗系数λ₂；

3)通过在线监测获取海缆初始电流值I₁；

4)根据IEC 60287标准公式(1)计算导体初始温度：

${\mathrm{\θ}}_c=(W_c+\frac{1}{2}{W}_i)T_1+[W_c(1+{\mathrm{\λ}}_1)+W_i]n{T}_2+[W_c(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)+W_i]n(T_3+T_4)+{\mathrm{\θ}}_0---\left(1\right)$

对于单芯电缆，n＝1，对于三芯电缆，n＝3；

5)根据检修或调度指令获取短时过载时间t_m；

6)当短时过载时间t_m小于5min时，通过公式(2)：

$I_2=\sqrt{\frac{c_p{m}_{\mathrm{Cu}}(90-{\mathrm{\θ}}_c)}{{\mathrm{rt}}_m}+I_1^2}---\left(2\right)$

计算t_m内最大允许过载电流I₂；其中r为海缆单位长度导体电阻，c_p是铜的比热；m_Cu为单位长度铜导体的质量；

对于很短时间内的过载(5min内)，可以认为海缆导体与绝缘层界面处于绝热状态，即该段时间内导体产生的热量完全用于导体温度的升高，未通过绝缘向外散热，根据能量守恒定律得到公式(3)：

ΔQ·t_m＝c_pm_CuΔθ  (3)

其中ΔQ为导体过载状态与初始状态产生的热量差值；Δθ为过载结束后的导体温升。c_p＝393J/(kg·K)是铜的比热；m_Cu为单位长度铜导体的质量，通过图1即能说明，图中曲线为海缆导体温升的两种数学模型，曲线为标准计算模型，直线为本发明简易算法，在短时间内，两曲线基本重合；假设经过这段时间后导体达到最大允许温度(一般交联聚乙烯绝缘为90℃)，则有公式(4)：

$(I_2^2-I_1^2){\mathrm{rt}}_m=c_p{m}_{\mathrm{Cu}}(90-{\mathrm{\θ}}_c)---\left(4\right)$

其中r为海缆单位长度导体电阻。将公式(4)变形得到公式(2)，通过公式(2)计算t_m内最大允许过载电流I₂。

一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法，其特征在于包括以下步骤：

1)获取环境参数，包括环境温度θ₀、海缆登陆段土壤热阻系数T₄；

2)获取海缆本体结构参数、电气参数，海缆本体结构参数包括海缆绝缘层、内衬层、外被层的热阻系数T₁、T₂、T₃，电气参数包括每米电缆每相线芯的导线损耗W_c、每米电缆每相线芯的介质损耗W_i、电缆金属护套损耗系数λ₁和铠装层损耗系数λ₂；

3)通过在线监测获取海缆初始电流值I₁；

4)根据IEC 60287标准公式计算导体初始温度：

${\mathrm{\θ}}_c=(W_c+\frac{1}{2}{W}_i)T_1+[W_c(1+{\mathrm{\λ}}_1)+W_i]n{T}_2+[W_c(1+{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2)+W_i]n(T_3+T_4)+{\mathrm{\θ}}_0$

对于单芯电缆，n＝1，对于三芯电缆，n＝3；

5)根据检修或调度指令获取短时过载时间t_m；

6)当短时过载时间t_m小于设定时间时，通过公式：

计算t_m内最大允许过载电流I₂；其中r为海缆单位长度导体电阻，c_p是铜的比热；m_Cu为单位长度铜导体的质量。

2.根据权利要求1所述的一种海底电力电缆短时最大允许过载电流的简易算法，其特征在于：所述的设定时间为5min，当短时过载时间t_m小于5min时，通过公式:计算t_m内最大允许过载电流I₂。