CN106680662A - 一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，所述方法包括下列步骤：判断各段电缆之间的排列方式是否相同；判断电缆的排列方式是否为直角三角形排列；在各段电缆之间的排列方式相同且为直角三角形排列时，根据直角三角形排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算；在各段电缆之间的排列方式不同且最长段为直角三角形排列最短段为直线排列，或排列方式相同但为直线排列时，根据竖直排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算。与现有技术相比，本发明具有计算便捷、参数选取简单以及适用范围广等优点。

Description

一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其是涉及一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法。

背景技术

随着城市的发展，高压电缆越来越多的运用到城市输电网络中。一般采用电缆护套三相间交叉互连并两端接地，来限制电缆线芯电流在金属护套上会产生的感应电压在安全范围内。但是由于现场条件的限制，几乎很难保证三段电缆等长的金属护套完全交叉换位，因此金属护套中必然会产生环流，环流过大将会增加线路损耗，减小电缆传输容量和缩短电缆寿命。

目前，金属护套环流计算主要有以下三种方法：首先，通过EMTP等电磁暂态仿真软件计算，使用仿真软件计算能够保证环流计算的精确性，但是EMTP等电磁暂态仿真软件中电缆的建模，以及参数的选取和设置过于复杂，显然电力施工、设计人员掌握难度较大，这种方法目前较多的应用于高校、科研单位的研究人员当中。其次，有部分学者采用集中参数等效电路的方法列写回路方程，进而通过编制程序实现环流的计算，相对于EMTP中输入的分布参数，集中参数计算不够精确，而且设计、施工人员掌握难度同样过大，因而在电缆设、施工人员中推广性不够强。最后，电力设计、施工人员在工作中，一般根据施工经验预估电缆护套环流，认为三段电缆长度差值不超过100m，金属护套中的环流将会低于电缆线芯电流的10％，这种方法并没有能够计算电缆护套中的环流，只是从经验角度作为设计电缆分段的标准。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

1)判断各段电缆之间的排列方式是否相同，若否则进入步骤2)，若是则进入步骤3)；

2)判断采用不同排列方式的电缆是否满足估算条件，若是则进入步骤5)，若否则改变当前排列方式；

3)判断电缆的排列方式是否为直线排列，所述直线排列包括竖直排列或水平排列，若否则进入步骤4)，若是则进入步骤5)；

4)根据直角三角形排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算；

5)根据竖直排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算。

所述估算条件具体为：各段电缆中最长段电缆为直角三角形排列，最短段电缆为直线排列。

所述步骤4)具体为：

41)计算各段电缆之间的长度差；

42)将电缆之间的长度差的最大值带入到直角三角形排列方式下环流估算公式中，得到估算后的金属护套内的环流。

所述直角三角形排列方式下环流估算公式具体为：

其中，I_S为金属护套内的环流，I_C为电缆线芯的负载电流，ΔL为电缆之间的长度差。

所述步骤5)具体为：

51)计算各段电缆之间的长度差；

52)将电缆之间的长度差的最大值带入到竖直排列方式下环流估算公式中，得到估算后的金属护套内的环流。

所述竖直排列方式下环流估算公式具体为：

其中，I_S为金属护套内的环流，I_C为电缆线芯的负载电流，ΔL为电缆之间的长度差。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)只需知道各段电缆的排布方式以及电缆线芯的负载电流即可对金属护套内的环流进行估算，与通过仿真软件建模计算和通过回路方程进行编程计算相比，所需参数少且计算简便，节省时间和成本。

(2)本方法的公式简单易懂，适用于绝大部分电力设计和施工的工作人员，适用范围广。

(3)本方法考虑到了不同段电缆之间的排布方式，增加了估算结果的准确性。

(4)本方法采用了直角三角形排列方式下环流估算公式和竖直排列方式下环流估算公式，公式的结果准确，适用于绝大多数双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为双回路电缆金属护套内的环流的仿真校核结果图，其中，(2a)为双回路电缆在排管中的排列方式为“水平-水平”，(2b)为排列方式为“竖直-竖直”，(2c)为排列方式为“竖直-水平”，(2d)为排列方式为“直角三角形-水平”。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，如图1所示，该方法包括下列步骤：

1)判断各段电缆之间的排列方式是否相同，若否则进入步骤2)，若是则进入步骤3)；

2)判断不同排列方式的各段电缆是否满足估算条件，若是则进入步骤5)，若否则改变当前排列方式；

3)判断电缆的排列方式是否为直线排列，其中直线排列包括竖直排列或水平排列，若否则进入步骤4)，若是则进入步骤5)；

4)根据直角三角形排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算：

41)计算各段电缆之间的长度差；

42)将电缆之间的长度差的最大值带入到直角三角形排列方式下环流估算公式中，得到估算后的金属护套内的环流；

5)根据竖直排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算：

51)计算各段电缆之间的长度差；

52)将电缆之间的长度差的最大值带入到竖直排列方式下环流估算公式中，得到估算后的金属护套内的环流。

上述直角三角形排列方式下环流估算公式具体为：

竖直排列方式下环流估算公式具体为：

其中，I_S为金属护套内的环流，I_C为电缆线芯的负载电流，ΔL为电缆之间的长度差。

上述方法中，水平排列和竖直排列可以看作为一种排列方式，统称为直线排列方式，因此针对它们采用的环流估算公式是相同的，在各段电缆之间采用不同排列方式的时候，由于在最长段采取直角三角形排列方式且最短段采用水平或竖直排列方式时，该种混合排列方式能够降低不均匀分段电缆中金属护套环流，因此按照竖直排列方式下的环流估算公式计算混合排列方式下电缆金属护套环流，能够保证环流估算值不小于实际值，因此，若环流估算值能够满足规定，则混合排列方式下电缆金属护套环流的实际值也能满足规定，由于这个原因，我们选择了竖直排列方式下环流估算公式来估算各段电缆之间排列方式不同时的环流值。

通过电缆金属护套环流理论可知，电缆金属护套环流主要取决于电缆纤芯电流、电缆排列方式以及电缆各小段长度。在分析了排管敷设条件下电缆所有可能的排列方式，并结合各种分段长度下电缆金属护套交叉互联，通过EMTP电磁暂态仿真软件，最终计算得到交叉互联双端接地电缆金属护套环流。由于EMTP仿真计算电缆金属护套环流需要精确的输入电缆的半径、电导率、相对磁导率等一些列的物理参数，同时还需要计算各相之间的相对位置，不但工作量巨大，而且容易出错。所以，通过EMTP仿真各种条件下的金属护套环流，最终拟合得到了上述的公式，即适用于工程应用的环流估算公式。

为了验证上述方法和公式的正确性，本实施例中对其进行了校核，具体分为单回路电缆环流估算公式的校核、混合排列方式下金属护套环流的校核和双回路电缆护套环流的校核。

其中，单回路电缆环流估算公式的校核具体为：

对800mm²截面的交联聚乙烯电缆在EMTP中建模，并按照上海市电力工公司常用的排管规格(管孔水平间距240mm,管孔竖直间距230mm)，进行线路布置，将经过EMTP仿真获得的电缆金属护套环流与用估算公式计算获得的的金属护套感应电流，进行对比，见表1，表2。

表1竖直排列方式下EMTP仿真与公式计算对比

表2直角三角形排列方式下EMTP测量值与公式计算值对比

通过表1、表2，可以看出绝大多数测量点曲线拟合公式计算值与EMTP仿真数据间相对误差低于8％，个别测量点相对误差较大，是由于护套环流基数小，即使1～2A的误差也会导致相对误差较大(如表中的第一行数据)。尽管如此，表中所有数据仿真值与公式估算值两者之间绝对误差均小于2A，占电缆芯电流(698A)的0.3％，此数值远小于相关标准规定(金属护套环流应不超过电缆芯电流10％)，所以，认为公式在110kV电缆工程应用中具有一般适用性。

混合排列方式下金属护套环流的校核具体为：

对排管敷设条件下的800mm²截面交联聚乙烯电缆进行仿真分析，排管规格是上海电力公司常用排管(管孔水平间距240mm,管孔竖直间距230mm)，当电缆不均匀分段且金属护套交叉互联双端接地时，在线芯电流为698A时，各种不同的排列方式组合后，对护套环流的影响，混合排列方式1是推荐的排列组合，即最长段采用感应电压较小的三角形排列方式，其余两个较短段采用感应电压较大的竖直排列方式。

表3不同排列方式对不均匀分段电缆环流的影响

通过表3可以看出，混合排列方式1护套环流仿真值低于直角三角形排列估算公式计算值，因此在推荐的混合排列方式下，因此在单一排列方式下得出的环流估算公式(2)仍可用来估算环流可能出现的最严重数值。

双回路电缆护套环流的校核具体为：

为了检验通过最小二乘法获得的环流估算公式的适用性，分别对排管敷设条件下的多回路电缆进行仿真，然后进行误差分析和拟合优度检验。

多回路电缆环流仿真分析以双回路电缆为例，电缆模型采用800mm²截面的交联聚乙烯电缆，双回路电缆均在额定电流为698A的条件运行，双回路电缆在排管中的排列方式分别为“水平-水平”、“竖直-竖直”“竖直-水平”和“直角三角形-水平”，排管规格是上海电力公司常用排管(管孔水平间距240mm,管孔竖直间距230mm)，EMTP仿真结果见图2。

首先对环流估算公式计算值进行误差分析，通过图2，可以看出不同排列方式下，双回路电缆金属护套环流基本上接近竖直排列方式下环流估算公式计算值，只有个别点环流稍高于估算公式计算值，将回路1电缆护套环流仿真值与竖直排列公式估算值对比，得出二者的误差绝对值小于5A，误差占线芯电流0.7％，产生误差的原因主要是因为估算公式是通过曲线拟合法获得，是一个经验公式。

然后对环流估算公式进行拟合优度检验。根据数据，计算得到“水平-水平”排列方式下拟合优度R²为0.99，“竖直-竖直”排列方式下拟合优度R²为0.92，“竖直-水平”排列方式下拟合优度R²为0.97，“直角三角形-水平”排列方式下拟合优度R²为0.93。根据拟合优度的定义可知，采用最小二乘法拟合的环流估算公式对样本数据点拟合得比较准确。

通过以上分析，可知拟合的金属护套环流估算公式适用于排管敷设条件下的各种排列方式的单、双回路电缆金属护套环流计算，需要注意的是，本发明中提供的环流估算方法仅适用于排管敷设的电缆，其他情况并不适用。

Claims (6)

1.一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

1)判断各段电缆之间的排列方式是否相同，若否则进入步骤2)，若是则进入步骤3)；

2)判断采用不同排列方式的电缆是否满足估算条件，若是则进入步骤5)，若否则改变当前排列方式；

3)判断电缆的排列方式是否为直线排列，所述直线排列包括竖直排列或水平排列，若否则进入步骤4)，若是则进入步骤5)；

4)根据直角三角形排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算；

5)根据竖直排列方式下环流估算公式对金属护套内的环流进行估算。

2.根据权利要求1所述的双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述估算条件具体为：各段电缆中最长段电缆为直角三角形排列，最短段电缆为直线排列。

3.根据权利要求1所述的双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：

41)计算各段电缆之间的长度差；

42)将电缆之间的长度差的最大值带入到直角三角形排列方式下环流估算公式中，得到估算后的金属护套内的环流。

4.根据权利要求1所述的双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述直角三角形排列方式下环流估算公式具体为：

$I_S=\frac{I_C}{698}\[3.60+0.55\×\mathrm{\Δ}L\]$

其中，I_S为金属护套内的环流，I_C为电缆线芯的负载电流，ΔL为电缆之间的长度差。

5.根据权利要求1所述的双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述步骤5)具体为：

51)计算各段电缆之间的长度差；

52)将电缆之间的长度差的最大值带入到竖直排列方式下环流估算公式中，得到估算后的金属护套内的环流。

6.根据权利要求1所述的双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法，其特征在于，所述竖直排列方式下环流估算公式具体为：

$I_S=\frac{I_C}{698}\[5.49+0.60\×\mathrm{\Δ}L\]$

其中，I_S为金属护套内的环流，I_C为电缆线芯的负载电流，ΔL为电缆之间的长度差。