CN111898319A - 一种高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优计算方法，建立了高压电缆金属护套环流抑制方式选择的计算模型，并根据计算模型建立计算界面，通过输入电缆的实际参数，可以直观地计算出适合当前电缆的最优环流抑制方法，不仅能够很好的抑制接地环流，还能降低费用。
Description
技术领域
本发明涉及供配电网中的高压电缆，特别是涉及了高压电缆金属护套接地 环流抑制的最优选择方法。
背景技术
随着中国城市的飞速发展，城市人口越来越多、建筑越来越密集、电量需 求越来越大，因为具有输电可靠性高、占地少等优势，高压电缆在城市供电系 统中得到越来越广泛的应用。高压电缆因为供电的电压等级比较高，因此其被 设计为单芯结构，这种结构虽然有其供电方面的独特优势，但同样也存在一些 弊端，那就是这种结构容易受到电磁感应的作用，而在金属护套上产生感应电 压。在护套未接地时，这个感应电压可能很大。过大的护套感应电压不但会击 穿金属护套的外护层，还有可能对人体造成伤害。为了防范过高的护套感应电 压，工程中常常将护套两端接地。所以护套、接地线和大地形成通路，护套中有环流通过。当金属护套接地环流过大时，会引起大量损耗，导致电缆温度升 高，降低电缆的传输效率，缩短电缆的使用寿命。
从实际情况看，运行一段时间的高压电缆线路存在部分线路护套环流数值 不符合《Q/CSG 10007-2004电力设备预防性试验规程》中“护套电流一般不大 于电缆负荷电流值的10％”的规定。因此必须采取相应措施降低护套环流，目 前普遍采用的环流抑制方法是电缆采用交叉互联接地方式，由于三相电缆护套 上的感应电压相位相差120°且大小近似相等，通过三相电缆护套的串联即可使 三段的感应电压相互中和，从而总的感应电压控制在合理范围之内，进而达到 减小环流的目的。同时提出了采用串接电阻抑制器、电感抑制器和扼流圈等方 式降低环流，并且环流抑制效果很好，然而由于没有良好的计算方式选取适当 的电阻、电感和扼流圈电感，使得工程中普遍使用容量更大、阻抗值也更大的 抑制器抑制环流。这样使得工程中的抑制器面临两个问题：
1、抑制器的容量大、造价高。在电缆运行过程中，会发生负荷量突然增大 或接地故障，这样往往会引起电缆环流突增，为了避免抑制器故障，通常会采 用更大容量的抑制器，保证抑制器正常工作。
2、抑制器阻抗值高，引起护套电压上升。当在电缆护套接地端串联抑制器 时，因为阻抗值的升高护套电压会随之升高。根据GB 50217《电力工程电缆设 计规范》规定：交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应 电势最大值应满足下列规定：未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措 施时，不得大于50V；除上述情况外，不得大于300V。当电缆护套串联抑制 器时，电压容易超过此标准，并且随着抑制器阻抗器的阻抗值增大电压变得更 大。
因此必须采用适当的计算方法，选择适当的抑制器既能降低环流，也不具 有更大的容量和阻抗值。
本发明通过对现有串接电阻抑制器、电感抑制器和扼流圈等环流抑制方法 的计算模型进行研究，建立一个环流抑制方法的最优选择方案，满足所选择的 抑制器既能降低环流，也不具有更大的容量和阻抗值，以提高电网的可靠性。
发明内容
本发明的目的即在于，针对现有串接电阻抑制器、电感抑制器和扼流圈等 环流抑制方法实施费用昂贵和护套电压上升等问题，在保证电缆环流下降和不 影响电缆正常运行的基础上提出一种选择最优抑制器的计算方法，保障电缆正 常运行，进一步提高电力系统供配电的连续性和可靠性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种高压电缆金属护套环流 抑制方式选择的最优计算方法，其特征在于具体步骤为：
1)获取电缆的基本参数，包括护套材料、护套内外半径、负荷电流、电缆 分段和排列方式；
2)将所述的各项电缆基本参数输入，根据公式计算得到所需的电阻、电感、 感应电压等数据；
3)根据上述数据建立接地环流计算矩阵，计算得到接地环流值；
4)根据上述数据建立环流抑制方法选择矩阵，首先根据目标函数和遗传算 法计算得到最优的补偿电感线圈，然后根据约束条件进行最优电感和电阻的选 择；
5)输出前后的接地环流、补偿电感、串联电阻、串联电感。
进一步的，所述计算模型分别为接地环流计算模型、接地环流抑制方法计 算模型。
进一步的，步骤3)中，根据实际运行中电缆参数通过计算后能够得到与 运行电缆接近的电缆接地环流，可以根据实际与计算环流的比较实现环流监测。
进一步的，步骤4)中根据实际运行中电缆参数通过计算后可以自动输出 最优的环流抑制方法。
进一步的，步骤4)中，约束条件分别为：设置电阻、电感的阻抗的约束 条件为小于5Ω，设置电缆的环流比小于1％。
进一步的，步骤4)中，所述目标函数为
本发明通过对高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优方法进行计算， 将有助于降低电缆接地环流，减少环流抑制器的建造和使用费用，从而降低输 电线路的故障风险，对保障电网的稳定性、可靠性具有重要意义，其具体的有 益效果包括：
1、提出一种高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优方法来对电缆接地 环流抑制方法进行选择，可以针对实际电缆的情况选择适用于当前电缆的抑制 方法，有助于清楚的选择当前电缆适用的抑制方法。
2、通过高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优方法来对电缆接地环流 抑制方法进行选择，可以保证电缆接地环流的抑制效果，同时限制电缆环流抑 制器的阻抗值，降低使用费用。
3、该方法为根据实际电缆选择抑制方法提供了理论支撑，并为实际工程提 供了参考，提高了电缆的供电可靠性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领 域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并 不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的 部件。在附图中：
图1(a)和图1(b)分别为交叉互联接地结构图和交叉互联接地等值电路 图；
图2电缆环流抑制方法选择程序流程图；
图3环流抑制方法计算界面图；
图4寒马线最优综合环流抑制方法计算结果图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示 了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不 应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻 地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
提出了串联电阻抑制器、电感抑制器和扼流圈三种环流抑制方法单独的计 算模型，并提出了三种方法综合的计算模型，给出约束条件，编制相应程序， 实现最优环流抑制方法计算。
单芯高压电力电缆三段式交叉互联接地方式下的结构和等值电路如图1所 示。Rd1、Rd2为护套首、末端接地电阻测量值；Rd为大地漏电阻；Z01、Z02、Z03为三段电缆护套的自阻抗；ESAi、ESBi、ESCi为每段电缆线芯中电流引起的感应 电压；ETAi、ETBi、ETCi为每段电缆护套中的环流和入地电流引起的感应电压； ISA、ISB、ISC为A、B、C三相金属护套的接地环流；ISE为入地电流。根据等值 电路各参数的含义和回路电流法将三条并联支路分别计算，可以得到如下多元 一次方程组：
将式(1)中参数的实部和虚部单独计算，可得到式(2)所示计算模型。 其中，其中参数上角标为“′”的表示该参数的实部，参数上角标为“″”的表示该参 数的虚部。
根据环流计算模型可以得到：
串联电阻抑制器的计算模型如式(3)所示，其中RA、RB、RC为各相串联 电阻抑制器电阻值。
串联电感抑制器的计算模型如式(4)所示，其中XA、XB、XC为各相串联 电感抑制器阻抗值。
串联扼流圈的计算模型如式(5)所示，其中Xa、Xb、Xc为各相串联扼流 圈阻抗值。
三种方法综合的计算模型如式(6)所示：
其中，分别对电阻、电感和扼流圈设置约束条件，因为电阻、电感的阻抗 超过5Ω时，会花费很大成本并且护套电压会很高，所以设置其范围在5Ω以 内。因为正常要求电缆护套电压不超过线芯电流的10％，为了更好抑制环流将 环流限制在1％，
目标函数如式(8)所示：
程序编制流程图，如图2所示。其中输入参数包括护套材料、内外半径、 负荷电流、分段、排列方式，然后计算所需的电阻、电抗和电压，最后采用遗 传算法，进行最优选择，输出结果。
采用MATLAB编制GUI界面如图3所示，能够实现计算最优环流抑制方 法。
以110kV寒马线为例对电缆环流及抑制方法计算模型进行验证，寒马线的 参数如表1所示，电缆环流的计算结果2所示。由表2可知，计算结果与测量 结果的绝对误差较小，因此电缆环流计算模型能够较好地反映实际环流。
表1 寒马线参数
表2 寒马线电缆环流结果
以寒马线为例对综合环流抑制方法进行验证，计算结果如图4所示。如图 4中输出结果所示，得到最优串联电阻、电感和扼流圈的值，并且环流得到了 较好的抑制，如表3所示。
表3 寒马线电缆环流结果对比
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优计算方法，其特征在于，具体步骤为：
1)获取电缆的基本参数，包括护套材料、护套内外半径、负荷电流、电缆分段和排列方式；
2)将所述的各项电缆基本参数输入，根据公式计算得到所需的电阻、电感、感应电压等数据；
3)根据上述数据建立接地环流计算矩阵，计算得到接地环流值；
4)根据上述数据建立环流抑制方法选择矩阵，首先根据目标函数和遗传算法计算得到最优的补偿电感线圈，然后根据约束条件进行最优电感和电阻的选择；
5)输出前后的接地环流、补偿电感、串联电阻、串联电感。
2.一种高压电缆金属护套环流抑制方式选择的最优计算方法，其特征在于，
所述计算模型分别为接地环流计算模型、接地环流抑制方法计算模型。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于：步骤3)中，根据实际运行中电缆参数通过计算后能够得到与运行电缆接近的电缆接地环流，可以根据实际与计算环流的比较实现环流监测。
4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于：步骤4)中，根据实际运行中电缆参数通过计算后可以自动输出最优的环流抑制方法。
5.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于：步骤4)中，约束条件分别为：设置电阻、电感的阻抗的约束条件为小于5Ω，设置电缆的环流比小于1％。
6.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于：步骤4)中，所述目标函数为fmin＝I′SA 2+I″SA 2+I′SB 2+I″SB 2+I′Sc 2+I″SC 2。
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