本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙端接地交叉互聯(lián)電纜的金屬護套內(nèi)的環(huán)流估算方法。

背景技術(shù)：

隨著城市的發(fā)展，高壓電纜越來越多的運用到城市輸電網(wǎng)絡(luò)中。一般采用電纜護套三相間交叉互連并兩端接地，來限制電纜線芯電流在金屬護套上會產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在安全范圍內(nèi)。但是由于現(xiàn)場條件的限制，幾乎很難保證三段電纜等長的金屬護套完全交叉換位，因此金屬護套中必然會產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流過大將會增加線路損耗，減小電纜傳輸容量和縮短電纜壽命。

目前，金屬護套環(huán)流計算主要有以下三種方法：首先，通過EMTP等電磁暫態(tài)仿真軟件計算，使用仿真軟件計算能夠保證環(huán)流計算的精確性，但是EMTP等電磁暫態(tài)仿真軟件中電纜的建模，以及參數(shù)的選取和設(shè)置過于復(fù)雜，顯然電力施工、設(shè)計人員掌握難度較大，這種方法目前較多的應(yīng)用于高校、科研單位的研究人員當(dāng)中。其次，有部分學(xué)者采用集中參數(shù)等效電路的方法列寫回路方程，進而通過編制程序?qū)崿F(xiàn)環(huán)流的計算，相對于EMTP中輸入的分布參數(shù)，集中參數(shù)計算不夠精確，而且設(shè)計、施工人員掌握難度同樣過大，因而在電纜設(shè)、施工人員中推廣性不夠強。最后，電力設(shè)計、施工人員在工作中，一般根據(jù)施工經(jīng)驗預(yù)估電纜護套環(huán)流，認(rèn)為三段電纜長度差值不超過100m，金屬護套中的環(huán)流將會低于電纜線芯電流的10％，這種方法并沒有能夠計算電纜護套中的環(huán)流，只是從經(jīng)驗角度作為設(shè)計電纜分段的標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種雙端接地交叉互聯(lián)電纜的金屬護套內(nèi)的環(huán)流估算方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種雙端接地交叉互聯(lián)電纜的金屬護套內(nèi)的環(huán)流估算方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟：

1)判斷各段電纜之間的排列方式是否相同，若否則進入步驟2)，若是則進入步驟3)；

2)判斷采用不同排列方式的電纜是否滿足估算條件，若是則進入步驟5)，若否則改變當(dāng)前排列方式；

3)判斷電纜的排列方式是否為直線排列，所述直線排列包括豎直排列或水平排列，若否則進入步驟4)，若是則進入步驟5)；

4)根據(jù)直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式對金屬護套內(nèi)的環(huán)流進行估算；

5)根據(jù)豎直排列方式下環(huán)流估算公式對金屬護套內(nèi)的環(huán)流進行估算。

所述估算條件具體為：各段電纜中最長段電纜為直角三角形排列，最短段電纜為直線排列。

所述步驟4)具體為：

41)計算各段電纜之間的長度差；

42)將電纜之間的長度差的最大值帶入到直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式中，得到估算后的金屬護套內(nèi)的環(huán)流。

所述直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式具體為：

其中，I_S為金屬護套內(nèi)的環(huán)流，I_C為電纜線芯的負(fù)載電流，ΔL為電纜之間的長度差。

所述步驟5)具體為：

51)計算各段電纜之間的長度差；

52)將電纜之間的長度差的最大值帶入到豎直排列方式下環(huán)流估算公式中，得到估算后的金屬護套內(nèi)的環(huán)流。

所述豎直排列方式下環(huán)流估算公式具體為：

其中，I_S為金屬護套內(nèi)的環(huán)流，I_C為電纜線芯的負(fù)載電流，ΔL為電纜之間的長度差。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)只需知道各段電纜的排布方式以及電纜線芯的負(fù)載電流即可對金屬護套內(nèi)的環(huán)流進行估算，與通過仿真軟件建模計算和通過回路方程進行編程計算相比，所需參數(shù)少且計算簡便，節(jié)省時間和成本。

(2)本方法的公式簡單易懂，適用于絕大部分電力設(shè)計和施工的工作人員，適用范圍廣。

(3)本方法考慮到了不同段電纜之間的排布方式，增加了估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(4)本方法采用了直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式和豎直排列方式下環(huán)流估算公式，公式的結(jié)果準(zhǔn)確，適用于絕大多數(shù)雙端接地交叉互聯(lián)電纜的金屬護套內(nèi)的環(huán)流估算。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為雙回路電纜金屬護套內(nèi)的環(huán)流的仿真校核結(jié)果圖，其中，(2a)為雙回路電纜在排管中的排列方式為“水平-水平”，(2b)為排列方式為“豎直-豎直”，(2c)為排列方式為“豎直-水平”，(2d)為排列方式為“直角三角形-水平”。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

本實施例提供一種雙端接地交叉互聯(lián)電纜的金屬護套內(nèi)的環(huán)流估算方法，如圖1所示，該方法包括下列步驟：

1)判斷各段電纜之間的排列方式是否相同，若否則進入步驟2)，若是則進入步驟3)；

2)判斷不同排列方式的各段電纜是否滿足估算條件，若是則進入步驟5)，若否則改變當(dāng)前排列方式；

3)判斷電纜的排列方式是否為直線排列，其中直線排列包括豎直排列或水平排列，若否則進入步驟4)，若是則進入步驟5)；

4)根據(jù)直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式對金屬護套內(nèi)的環(huán)流進行估算：

41)計算各段電纜之間的長度差；

42)將電纜之間的長度差的最大值帶入到直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式中，得到估算后的金屬護套內(nèi)的環(huán)流；

5)根據(jù)豎直排列方式下環(huán)流估算公式對金屬護套內(nèi)的環(huán)流進行估算：

51)計算各段電纜之間的長度差；

52)將電纜之間的長度差的最大值帶入到豎直排列方式下環(huán)流估算公式中，得到估算后的金屬護套內(nèi)的環(huán)流。

上述直角三角形排列方式下環(huán)流估算公式具體為：

豎直排列方式下環(huán)流估算公式具體為：

其中，I_S為金屬護套內(nèi)的環(huán)流，I_C為電纜線芯的負(fù)載電流，ΔL為電纜之間的長度差。

上述方法中，水平排列和豎直排列可以看作為一種排列方式，統(tǒng)稱為直線排列方式，因此針對它們采用的環(huán)流估算公式是相同的，在各段電纜之間采用不同排列方式的時候，由于在最長段采取直角三角形排列方式且最短段采用水平或豎直排列方式時，該種混合排列方式能夠降低不均勻分段電纜中金屬護套環(huán)流，因此按照豎直排列方式下的環(huán)流估算公式計算混合排列方式下電纜金屬護套環(huán)流，能夠保證環(huán)流估算值不小于實際值，因此，若環(huán)流估算值能夠滿足規(guī)定，則混合排列方式下電纜金屬護套環(huán)流的實際值也能滿足規(guī)定，由于這個原因，我們選擇了豎直排列方式下環(huán)流估算公式來估算各段電纜之間排列方式不同時的環(huán)流值。

通過電纜金屬護套環(huán)流理論可知，電纜金屬護套環(huán)流主要取決于電纜纖芯電流、電纜排列方式以及電纜各小段長度。在分析了排管敷設(shè)條件下電纜所有可能的排列方式，并結(jié)合各種分段長度下電纜金屬護套交叉互聯(lián)，通過EMTP電磁暫態(tài)仿真軟件，最終計算得到交叉互聯(lián)雙端接地電纜金屬護套環(huán)流。由于EMTP仿真計算電纜金屬護套環(huán)流需要精確的輸入電纜的半徑、電導(dǎo)率、相對磁導(dǎo)率等一些列的物理參數(shù)，同時還需要計算各相之間的相對位置，不但工作量巨大，而且容易出錯。所以，通過EMTP仿真各種條件下的金屬護套環(huán)流，最終擬合得到了上述的公式，即適用于工程應(yīng)用的環(huán)流估算公式。

為了驗證上述方法和公式的正確性，本實施例中對其進行了校核，具體分為單回路電纜環(huán)流估算公式的校核、混合排列方式下金屬護套環(huán)流的校核和雙回路電纜護套環(huán)流的校核。

其中，單回路電纜環(huán)流估算公式的校核具體為：

對800mm²截面的交聯(lián)聚乙烯電纜在EMTP中建模，并按照上海市電力工公司常用的排管規(guī)格(管孔水平間距240mm,管孔豎直間距230mm)，進行線路布置，將經(jīng)過EMTP仿真獲得的電纜金屬護套環(huán)流與用估算公式計算獲得的的金屬護套感應(yīng)電流，進行對比，見表1，表2。

表1豎直排列方式下EMTP仿真與公式計算對比

表2直角三角形排列方式下EMTP測量值與公式計算值對比

通過表1、表2，可以看出絕大多數(shù)測量點曲線擬合公式計算值與EMTP仿真數(shù)據(jù)間相對誤差低于8％，個別測量點相對誤差較大，是由于護套環(huán)流基數(shù)小，即使1～2A的誤差也會導(dǎo)致相對誤差較大(如表中的第一行數(shù)據(jù))。盡管如此，表中所有數(shù)據(jù)仿真值與公式估算值兩者之間絕對誤差均小于2A，占電纜芯電流(698A)的0.3％，此數(shù)值遠(yuǎn)小于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(金屬護套環(huán)流應(yīng)不超過電纜芯電流10％)，所以，認(rèn)為公式在110kV電纜工程應(yīng)用中具有一般適用性。

混合排列方式下金屬護套環(huán)流的校核具體為：

對排管敷設(shè)條件下的800mm²截面交聯(lián)聚乙烯電纜進行仿真分析，排管規(guī)格是上海電力公司常用排管(管孔水平間距240mm,管孔豎直間距230mm)，當(dāng)電纜不均勻分段且金屬護套交叉互聯(lián)雙端接地時，在線芯電流為698A時，各種不同的排列方式組合后，對護套環(huán)流的影響，混合排列方式1是推薦的排列組合，即最長段采用感應(yīng)電壓較小的三角形排列方式，其余兩個較短段采用感應(yīng)電壓較大的豎直排列方式。

表3不同排列方式對不均勻分段電纜環(huán)流的影響

通過表3可以看出，混合排列方式1護套環(huán)流仿真值低于直角三角形排列估算公式計算值，因此在推薦的混合排列方式下，因此在單一排列方式下得出的環(huán)流估算公式(2)仍可用來估算環(huán)流可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重數(shù)值。

雙回路電纜護套環(huán)流的校核具體為：

為了檢驗通過最小二乘法獲得的環(huán)流估算公式的適用性，分別對排管敷設(shè)條件下的多回路電纜進行仿真，然后進行誤差分析和擬合優(yōu)度檢驗。

多回路電纜環(huán)流仿真分析以雙回路電纜為例，電纜模型采用800mm²截面的交聯(lián)聚乙烯電纜，雙回路電纜均在額定電流為698A的條件運行，雙回路電纜在排管中的排列方式分別為“水平-水平”、“豎直-豎直”“豎直-水平”和“直角三角形-水平”，排管規(guī)格是上海電力公司常用排管(管孔水平間距240mm,管孔豎直間距230mm)，EMTP仿真結(jié)果見圖2。

首先對環(huán)流估算公式計算值進行誤差分析，通過圖2，可以看出不同排列方式下，雙回路電纜金屬護套環(huán)流基本上接近豎直排列方式下環(huán)流估算公式計算值，只有個別點環(huán)流稍高于估算公式計算值，將回路1電纜護套環(huán)流仿真值與豎直排列公式估算值對比，得出二者的誤差絕對值小于5A，誤差占線芯電流0.7％，產(chǎn)生誤差的原因主要是因為估算公式是通過曲線擬合法獲得，是一個經(jīng)驗公式。

然后對環(huán)流估算公式進行擬合優(yōu)度檢驗。根據(jù)數(shù)據(jù)，計算得到“水平-水平”排列方式下擬合優(yōu)度R²為0.99，“豎直-豎直”排列方式下擬合優(yōu)度R²為0.92，“豎直-水平”排列方式下擬合優(yōu)度R²為0.97，“直角三角形-水平”排列方式下擬合優(yōu)度R²為0.93。根據(jù)擬合優(yōu)度的定義可知，采用最小二乘法擬合的環(huán)流估算公式對樣本數(shù)據(jù)點擬合得比較準(zhǔn)確。

通過以上分析，可知擬合的金屬護套環(huán)流估算公式適用于排管敷設(shè)條件下的各種排列方式的單、雙回路電纜金屬護套環(huán)流計算，需要注意的是，本發(fā)明中提供的環(huán)流估算方法僅適用于排管敷設(shè)的電纜，其他情況并不適用。