專利名稱：：單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種預先計算單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流的方法，并根據計算結果調節(jié)電纜的敷設方案達到控制護層感應電流的方法。
背景技術：
：隨著城市的發(fā)展，110kV及以上電纜數(shù)量的急劇增多，大量單芯電纜的運行所帶來的電纜護層感應的問題是我們必須面對的。根據llOkV電纜護層的帶電測試的統(tǒng)計，電纜護層的感應電壓一般都在20伏以下，低于規(guī)程規(guī)定的50V的標準，而電纜護層電流偏大是比較多的現(xiàn)象，有的線路接近電纜負荷電流的一半。金屬護層的感應電流大，將產生較大的附加損耗，降低線路持續(xù)允許載流量，增大電纜線芯運行溫度，縮短電纜線路的使用壽命，若電纜終端頭、中間頭護層與接地電纜的連接不良，還將引起連接處的局部發(fā)熱，造成電纜故障。因此必須控制感應電流。為了控制感應電流，對短距離單芯電纜可通過電纜護層一端接地、另一端接保護器的方式以達到限制電纜護層的感應電壓，由于不形成回路感應電流也因此得到限制。而長距離單芯電纜往往采用護層交叉互聯(lián)的方式來降低感應電壓，平衡感應電流。根據相關資料，交叉互聯(lián)電纜護層的感應電壓、感應電流與電纜的負荷電流、電纜的段長、電纜的排列有較大關系。根據理論知識，單芯電纜采用等段長、品字形敷設是最好的方式。但很多時候電纜通道往往無法滿足品字形敷設的條件(如比較常見的溝管結合)，由于施工地理條件的原因，電纜段長也無法實現(xiàn)完全等長。另外電纜線路改造工程中，老電纜與新電纜的連接，段長也無法保持一致。這也就造成了投運后電纜護層感應電流偏大的現(xiàn)象。目前，關于電纜護層感應電流的計算往往參照有關公式按照一種排列方式，計算護層感應電壓，進而計算感應電流，而由于現(xiàn)場實際條件的限制，電纜的排列往往不是全線統(tǒng)一的，因此這種方式無法得到準確的計算結果，從而不能判斷敷設方案是否合理。如何預控感應電流，目前常用做法，交叉互聯(lián)護套一端直接接地，另一端經護層保護器接地，但這樣需要增加回流線，增加了成本。檢索發(fā)現(xiàn)申請日為2004.12.15，申請?zhí)?00410066049.3的中國專利公開了一種電力電纜護層感應電流的抑制方法，即選擇合適的電感接在電纜護套上，從而平衡護套上的感應電壓，抑制感應電流。但采用其方案一方面增加了電氣設備，增加了運行的安全風險，另一方面將增加成本。
發(fā)明內容本發(fā)明目的就是為了克服上述不足而提供一種對預敷設電纜方案進行計算處理從而調節(jié)電纜的排列以達到控制電纜護層感應電流從而避免安全隱患、提高載流量的方法。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案為1、一種單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法，其特征在于它包括如下步驟(a)、建立電纜護套交叉互聯(lián)換位段回路的等值電路模型該模型為三根單芯電纜，每根電纜由三小段電纜經兩只絕緣中間接頭連接而成，電纜的金屬護層在絕緣接頭處相互交叉互聯(lián)，且三根電纜的端部與大地相接形成回路，每段電纜上產生的物理參數(shù)包括每段電纜護套的自阻抗Zoi;每段電纜線芯感應電流引起的感應電壓ESAi、ESBi、ESCi;護層感應電流、大地電流引起的感應電壓EHAi、EHBi、EHC,其中i為對應交叉互聯(lián)的三段電纜的序號，根據每一小段電纜護套上的感應電壓的疊加推導出護套總的感應電勢，進而得出護套上的感應電流計算公式；(b)、根據設計并經過通道實際査勘設定初步的電纜敷設方案，統(tǒng)計電纜的排列情況及相對應的電纜長度，按照步驟(a)的感應電流計算公式計算出該具體電纜鋪設方案中的護層感應電流大小，若感應電流超過允許范圍，則進入步驟(c);反之，判定該初步方案滿足要求；(c)、調整電纜敷設方案，選取一段排列可調的電纜，將這段電纜分成一種或多種排列的小段，分別設定小段長度及間距，再次根據感應電流計算公式計算調整后的護層感應電流的大小，若感應電流仍超過允許范圍或者仍不合適，循環(huán)執(zhí)行步驟(c)，反之，進入步驟(d);(d)、按照調整后的電纜排列敷設方案，結合實際情況確定方案的可行性，達到預控感應電流的目的。由于上述技術方案的運用，本發(fā)明具有下列優(yōu)點由于在電纜規(guī)格、負荷電流等參數(shù)一定的情況下，單芯電纜交叉互聯(lián)護層感應電流的大小主要與電纜的段長、電纜的排列有關，本發(fā)明通過建立電纜護套交叉互聯(lián)換位段回路等值電路的模型，對初步電纜敷設方案的護層感應電流進行計算，以判斷該方案是否滿足要求，若感應電流超過允許范圍或相對較大，可對敷設方案中的可調節(jié)段電纜進行間距排列及相應長度的調整，再根據感應電流計算公式計算調整后的敷設方案中護層的感應電流大小，本發(fā)明可應用在實際通道條件不允許等長度品字形、交叉換位敷設電纜，以及在電纜改造過程中，由于新接電纜的段長與老電纜的段長不一致的情況下，選取一段排列可調的電纜，將這段電纜分成一種或多種排列的小段，分別設定小段長度及間距的范圍，計算這一范圍內變化對應的所有感應電流，結合感應電流小并實際可行的原則，確定電纜排列，以達到預控感應電流的目的。附圖1為單芯電纜交叉互聯(lián)護層結構示意附圖2為本發(fā)明電纜金屬護套交叉互聯(lián)換位段回路的等值電路原理圖；具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行詳細說明圖1所示的為單芯電纜交叉互聯(lián)護層的結構示意圖，其包括三根電纜，且三根電纜分別分為三段，三段電纜經絕緣接頭連接在一起，兩端護層直接接地，絕緣接頭兩側護層交叉互聯(lián)連接，上述電纜交叉互聯(lián)可轉換為圖2所示換位段回路的等值電路模型，現(xiàn)對該模型中涉及的參數(shù)先進行說明其中R,、R2分別為護套首末端接地電阻的測量值；Re為大地漏電阻；Zoi為各段電纜護套的自阻抗；(數(shù)字后綴i分別1、2、3對應交叉互聯(lián)的第一、二、三段電纜，下同)；ESAi、ESBi、Esci為每段電纜線芯感應電流引起的感應電壓；Ehai、EnBi、EHCi為護層感應電流、大地電流引起的感應電壓；X0=w,，。2、2C+。/2、^2-)(Q/—式中R0、X0為金屬護套的電阻和自感抗，A為金屬護套的電阻系數(shù)(/^cw)，A為電阻溫度系數(shù)，Ts為護套溫度，dsl、d"分別為護套的內外直徑(mm)，rsl、rs2分別為護套的內外半徑(mm);大地漏電阻《-^—A+^+iJ;Rg為大地電阻率，ig=;r2/xlO-7(Q/m);Li為電纜長度；ISA、ISB、ISC分別為A、B、C相金屬護層感應電流，IsE為大地漏電流。利用上述模型，根據每一小段電纜護套上的感應電壓的疊加推導出護套總的感應電勢，進而得出護套上的感應電流計算公式，具體推導過程如下1)線芯負荷電流引起的護層感應電壓設三相線芯的電流是平衡的三相正弦交流電，電流分別為/廣=i-r丁1i—戶了可得A、B、C相電纜金屬護套的感應電勢為附j(Zaw丄ii)+Z丄h)一丄i/證=Z(1。Mz')+Zfccli丄lf)—丄lA五=Z丄h.)+7幼Z(X&clf丄h')—/犯五氾2=了5CX!("^。62！.丄2/)+,55Z(Z&2'.)—〖2/化=12"2^Vc2,Z(Z。62i，丄2i)+^SS參SC^c。2f*^2^—義fe丄2J化/，1i=l五W3=王5SZ(Zca3/丄3f^+^5CSC^^c3i'丄3i'^—丄3厶五E鵬=^5CZ")+LZ(Xca3/4)-&"3(/=1i，l、二、三段Xbc3i、Xca3i式中L2、L3為第一、二、三段電纜的長度，U、L2i、U為第-電纜的第i種排列的長度,Xabli、Xb。u、Xcali、Xab2i、Xbc2i、Xca2i、Xat為第一、二、三段電纜第i中排列情況的護套互感。3)電纜護層感應電流的計算根據護層的等值電路可得下列方程+Z02+Z03_+￡/^2+五h力)++i2+ie=+￡^S2+"^SC3+Z02+Z03)/幼-+五朋2+五朋3)+(A+"^2+A)J促=^fll+五SC2+五W3設+Z02+Z03—(五Z/C1+E/fC2+"^ffC3)+("^1+"^2+"^e)了5￡=五5C1+五M2+五幼3m3'■=1/=1/=1h1"^5C總—五5C1+五M2+五5S3=Z^5Ci/丄1/+y"A4"丄2f+Z"幼3/"^3ii=li=l^=1將以上感應電壓計算公式代入方程，可得以下矩陣方程Z12Z13五。1A22=五z31厶32z33—乂5C—五、總^總.其系數(shù)矩陣各元素分別為==Z33=Z。)++Z。3+ij+i2+ie+義;^(Zl+i2+L3)Z12=Z21=Z01+Z02+Z03"1"2"/,e(^l+丄2+丄3^'wlw2w3SC^。6h'丄U)+Z(Z&2i丄2i)+ZC^ca3,.丄3z.、f，li=lz'=lZ13=Z31=Z01+Z02+Z。3+i1+i2+JRe+Zte*(Z1+Z2+A)<"1m2m3、ZC^mU丄U)+Z。62i丄2f)+S(Ifcc3Z丄3i)10Z23=Z32=Z01+Z02+Z03+^+A2++Zfc(A+Z2+丄3)wlm2i3Z(Ac"丄H)+Sd。2i丄2i)+Z、，按照上述對感應電流計算公式，在需要敷設電纜時，可先設定敷設方案，并通過上述計算公式對預敷設方案進行驗證，以確定電纜敷設的最佳方案，具體步驟如下首先，根據設計并經過通道實際査勘設定初步的電纜敷設方案，統(tǒng)計電纜的排列情況及相對應的電纜長度，按照感應電流計算公式計算出該具體電纜鋪設方案中的護層感應電流大小，若感應電流超過允許范圍，則進入下一步；反之，判定該初步方案滿足要求；然后，調整電纜敷設方案，選取一段排列可調的電纜，將這段電纜分成一種或多種排列的小段，分別設定小段長度及間距，再次根據感應電流計算公式計算調整后的護層感應電流的大小，若感應電流仍超過允許范圍或者仍不合適，循環(huán)執(zhí)行該步驟，反之，進入下一步；最后，結合實際情況確定電纜的排列，達到預控感應電流的目的。本發(fā)明感應電流預控方法可通過編程實現(xiàn)，對電纜預敷設方案，先計算護層上的感應電流，若感應電流超過標準，通過程序自動在一定范圍內調整電纜的排列、段長，并計算出所對應的感應電流，最后根據計算結果，選擇合適的電纜敷設方案。下面將通過兩具體實施例對本發(fā)明預控方法進行驗證實施例一本實例主要是對護層感應電流計算模型計算準確性的驗證，有一條llOkV運行電纜，負荷電流為120A,護套內外直徑分別為76mm、82mm。電纜排列實際測量統(tǒng)計如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>三相感應電流實測分別為7.5A、24.3A、26.5A,理論計算為8.09A、25.81A、27.4A。考慮到統(tǒng)計的誤差，結果比較準確，證明了數(shù)學模型的正確。實施例二在一個電纜改造工程中，老電纜線路長度為lOOOm，分為兩個換位段，長度均為500m，電纜為品字形敷設，間距為300mm,新接一段電纜長度為600m。電纜負荷為200A，護套內外直徑徑分別為76mm、82mm。則若新接電纜仍然間距為300mm的等間距排列，護層感應電流將達12A。設置新接電纜排列間距在100mm至500mm間任意排列，通過程序計算感應電流，則可得到當間距為208mm時，護層感應電流將只有0.2A,達到了控制感應電流的目的。實踐證明，本發(fā)明通過計算護層感應電流，調整電纜的排列，基本實現(xiàn)了預先控制電纜因排列不規(guī)范、段長不相等而引起的感應電流大的目的，無附加成本，避免了隱患，安全可靠。本發(fā)明通過嚴謹?shù)目茖W分析、推導，建立了根據電纜通道實際情況來準確計算護層感應電流的數(shù)學模型，通過程序簡化計算，當感應電流超過標準時，調節(jié)電纜排列來控制感應電流，從而解決電纜新建或改造中，由于實際情況的限制，電纜無法等長度品字形、交叉換位敷設而造成的感應電流過大的問題。該方法簡單可行，成本經濟，安全可靠，具有突出的進步。附說明書中的符號物理意義如下&、R2護套首末端接地電阻；Re大地漏電阻；Zoi各段電纜護套的自阻抗；ESAi、ESBi、Esci各段電纜線芯感應電流引起的感應電壓；EHAi、EHBi、EHCi各段護層感應電流、大地電流引起的感應電壓;Ro、X0、Z0金屬護套的電阻、自感抗、阻抗；A金屬護套的電阻系數(shù)；電阻溫度系數(shù)；T丄s4i、ds2護套溫度；護套的內外直徑；護套的內外半徑;Rg大地電阻率；L!、L2、L3第一、二、三電纜互聯(lián)段長度；L、L2i、L3l第一、一、三段電纜的第i種排列的長度；Xabli、乂bcli、乂cali、乂ab2i、乂bc2i、乂ca2i、乂ab3i、乂bc3i、Xca3i第—、電纜第i中排列情況的護套互感；二、三段IsA、IsB、IsCGM化A、B、C相金屬護層感應電流;大地漏電流；為護套幾何平均半徑；A、B、C線芯之間的間距；復數(shù)計算因子；角頻率；nl、n2、n3第一、二、三段電纜的排列情況數(shù)；K,、"、Ke線芯電纜感應引起的單位長度護套上的感應電勢;De大地漏電流的深度；P土壤電阻率；Xab、Xbe、XeaA與B、B與C、C與A相護套的互感抗；Xhe大地漏電流對護套的互感抗；Z、Z22、Z、Z12、Z13、Z21、Z23、Z31、232護層感應電流矩陣系數(shù)。權利要求1、一種單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法，其特征在于它包括如下步驟(a)、建立電纜護套交叉互聯(lián)換位段回路的等值電路模型該模型為三根單芯電纜，每根電纜由三小段電纜經兩只絕緣中間接頭連接而成，電纜的金屬護層在絕緣接頭處相互交叉互聯(lián)，且三根電纜的端部與大地相接形成回路，每段電纜上產生的物理參數(shù)包括每段電纜護套的自阻抗ZOi；每段電纜線芯感應電流引起的感應電壓ESAi、ESBi、ESCi；護層感應電流、大地電流引起的感應電壓EHAi、EHBi、EHC，其中i為對應交叉互聯(lián)的三段電纜的序號，根據每一小段電纜護套上的感應電壓的疊加推導出護套總的感應電勢，進而得出護套上的感應電流計算公式；(b)、根據設計并經過通道實際查勘設定初步的電纜敷設方案，統(tǒng)計電纜的排列情況及相對應的電纜長度，按照步驟(a)的感應電流計算公式計算出該具體電纜鋪設方案中的護層感應電流大小，若感應電流超過允許范圍，則進入步驟(c)；反之，判定該初步方案滿足要求；(c)、調整電纜敷設方案，選取一段排列可調的電纜，將這段電纜分成一種或多種排列的小段，分別設定小段長度及間距，再次根據感應電流計算公式計算調整后的護層感應電流的大小，若感應電流仍超過允許范圍或者仍不合適，循環(huán)執(zhí)行步驟(c)，反之，進入步驟(d)；(d)、按照調整后的電纜排列敷設方案，結合實際情況確定方案的可行性，達到預控感應電流的目的。2、根據權利要求l所述的單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法，其特征在于步驟(a)中，電纜護套交叉互聯(lián)換位段回路的等值電路模型為三根電纜，每根電纜由三段電纜經絕緣接頭連接在一起，兩端護層直接接地，三根電纜的護層在絕緣接頭兩側交叉互聯(lián)連接。3、根據權利要求l或2所述的單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法，其特征在于步驟(a)中，護層感應電流的計算公式通過下列矩陣方程實現(xiàn)Z12z13五城Z22Z23=厶31△32^33_力c—其系數(shù)矩陣各元素分別為Zii=Z22=Z33=Z01++Z03+7^+i2+7e+1&*(丄l+丄2+丄3)z12=z21=z01+z02+z03+及！+i2+ie+l2+丄3)S(I。W/丄l'甲)+ZC^&2i丄2/)+SC^oz3/丄3/!■=1"1/=1Z13=Z31=Z01+Z02+Z03參(丄i+丄2+丄3)1ra3(^ai/丄li)+ZC^W2,.丄2f)+ZC^6c3,.丄3z';!.=1/=1/=1Z23=Z32=Z01+Z02+Z03+ii++ie+Ae(A+丄2+丄3)ZC^focl,'丄1/)+ZC^c。2,.Z2i.)+ZC^W3i'丄3i,/=12/=1f=li=l—"I——"2-_"3_五幼總一五M1"^5C2+五5W=Z^5flh丄h'+y"!",『？;丄2i+T^！""3'.丄3f'/=1/=1i=l//12五5C總—"^5C1+五5/12+五5S3=Z"5CU丄1/工2/+X"幼l丄3//=1其中L，、L2、L3為第一、二、三段電纜的長度，Ln、L2i、L3i為第一—、二段電纜的第i種排列的長度,Xabli、Xbcli、Xcali、Xab2i、Xbc2i、Xca2iXab3i、Xbc3i、Xca3i為第一、二、三段電纜第i中排列情況的護套互感。4、根據權利要求3所述的單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法，其特征在于所述的感應電流計算公式通過編程實現(xiàn)，通過輸入統(tǒng)計的排列參數(shù)及電纜參數(shù)，計算出所對應的感應電流。5、根據權利要求l所述的單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流預控方法，其特征在于步驟(c)中所述的感應電流計算通過編程實現(xiàn)，當設置好電纜長度及排列間距的范圍后，自動計算出設定范圍內敷設方案所對應的感應電流。全文摘要本發(fā)明涉及一種根據電纜通道實際情況來預先計算單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流，從而選擇最佳敷設方案控制感應電流的方法，該方法通過統(tǒng)計電纜敷設的排列及每種排列對應的段長，根據電纜的基本參數(shù)，計算護層上的感應電流，若感應電流超過標準，在一定范圍內調整電纜的排列、段長，并計算出所對應的感應電流，最后根據計算結果，選擇合適的電纜敷設方案，從而解決電纜新建或改造中，由于實際情況的限制，電纜無法等長度品字形、交叉換位敷設而造成的感應電流過大的問題。本發(fā)明通過科學的理論分析，建立了數(shù)學模型，通過程序簡化計算，徹底有效地預控單芯電力電纜交叉互聯(lián)護層感應電流，無任何附加成本，切實可行。文檔編號H02G1/06GK101593944SQ20091011510公開日2009年12月2日申請日期2009年3月19日優(yōu)先權日2009年3月19日發(fā)明者姚雷明,梁張,欣徐,彥陳申請人:江蘇省電力公司蘇州供電公司