一种电力电缆实时应急载流量的计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力电缆实时应急载流量的计算方法，包括如下步骤：（1）构建电缆系统暂态热路模型；（2）建立热平衡方程；（3）求得热平衡方程的通解；（4）由初始条件求得导体温度的表达式；（5）由导体温度表达式转化为实时应急载流量的表达式；（6）测量或计算得到环境温度与计算初始时刻导体温度；（7）确定N-1故障修复期或者用电高峰期的时间与电缆导体温度极限值；（8）计算得到电缆实时应急载流量。具有计算使电缆导体温度在一定时间上升到极限值的最大载流量（即实时应急载流量）、为突发状况下电网调度及电力抢修提供科学合理的决策依据、且计算简便等优点。
【专利说明】一种电力电缆实时应急载流量的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力电缆运行中最大载流量的计算技术，特别涉及一种电力电缆实时应急载流量的计算方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，城市电网更多的使用电力电缆进行输配电。一般，电网的日负荷特性为双峰特性，在峰值期间电网能否承载过负荷，是否需要拉闸限电取决于线路的承载能力。据统计，电网处于峰值运行的时间为2至3小时，如果在这段时间里电缆导体的温度不会超过90°C，那么电缆线路完全可以承载这些负荷而不必进行特殊操作。另外，电缆线路发生N-1故障时，其余线路能否承担全部负荷或可以承担多大的临时应急负荷，这些都涉及电缆实时应急载流量的计算。
[0003]目前，电缆短时过电流的研究比较少。电缆因接地故障(短路)在极短时间(几秒)内承受的短路电流可根据IEC-949(1988)及IEC-987(1989)的标准确定。实际运行中由于各种原因，确定电缆短期负载电流目前还未有成熟的标准，用严格的数学方法计算太复杂，其公式也不符合工程计算的要求。有文献利用有限元法和有限差分法将地下电缆群暂态过程分为离散的时间步，然后利用有限元法分析每一时间步的地下电缆群温度场分布，给出了 土壤直埋电缆群的暂态温度场分布，在此基础上，利用牛顿迭代法计算了 土壤直埋电缆群的短时载流量。部分文献综合了空气、直埋两种敷设下电力电缆短期允许负载电流的计算方法，研究了其中土壤划分区域个数的选择、短时负载前电缆非满载运行下导体温度的确定等问题并参考载流量计算中相关参数的确定方式，给出了电缆在直埋更换回填土以及水泥槽中管道敷设情况下的短期负载电流计算公式，并以简单计算验证其正确性。这些研究只针对短路情况下过电流的计算，而针对其他应急情况，如发生N-1故障或者用电高峰情况，却很少有研究，而一旦发生这些情况，在N-1故障修复时期或者用电高峰期以内，电缆可以承受的最大载流量，即实时应急载流量，对于电网调度和电力抢修意义重大。
[0004]若由于某种原因电缆负荷突然增大，且电缆达到热稳态后，会导致导体温度超过90°C，将电缆从负荷开始增大到电缆导体温度达到90°C的时间定义为电缆的应急负荷时间；确定应急负荷时间后，例如I小时，将使电缆导体温度在I小时后达到90°C的电流定义为电缆实时应急载流量。根据电缆系统的暂态热路模型即可推导出实时应急载流量的计算公式。科学合理地计算出实时应急载流量，将合理地指导电力单位进行工程实践。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电力电缆实时应急载流量的计算方法，该方法通过已提供的判别依据和计算方法，能够计算出实时应急载流量，从而为突发情况下的应急任务提供负荷转移的依据。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种电力电缆实时应急载流量的计算方法，可以包括如下步骤:[0007](I)作出电缆系统(包括电缆本体和周围介质)的暂态热路模型，将电缆系统等值为一个热流源Q、一个热阻T、和一个热容C并联，如图1所示，其中，Θ。表示电缆导体温度，θ。表不环境温度；
[0008](2)基于电缆系统的暂态热路模型，建立热平衡方程:
【权利要求】
1.一种电力电缆实时应急载流量的计算方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)构建电缆系统的暂态热路模型，将电缆系统等值为一个热流源Q、一个热阻T、和一个热容C并联，其中，Θ。表示电缆导体温度，Θ。表示环境温度；
(2)基于电缆系统的暂态热路模型，建立热平衡方程:
2.根据权利要求1所述的电力电缆实时应急载流量的计算方法，其特征在于:所述步骤(I)中，当电缆导体通以电流I时，热量是以导体为中心向各个方向传导的，热量传导过程由电缆各层及环境的热阻、热容的串并联热路来等效，经过等值变换，构建电缆系统暂态热路模型。
3.根据权利要求1所述的电力电缆实时应急载流量的计算方法，其特征在于:所述步骤(I)中，电缆系统暂态热路模型的Q为电缆导体损耗、介质损耗、金属护套和铠装损耗的总和，T为代表电缆本体和环境的总热阻，C为代表电缆本体和环境的总热容。
4.根据权利要求1所述的电力电缆实时应急载流量的计算方法，其特征在于:所述步骤(4)中，T=TC, τ为热时间常数。
5.根据权利要求1所述的电力电缆实时应急载流量的计算方法，其特征在于:所述步骤(6)中，所述实时应急载流量I表达式里，对于某一次计算，环境温度Θ。与计算初始时刻的导体温度ec(o+)是测量或计算得到的定值。
6.根据权利要求1所述的电力电缆实时应急载流量的计算方法，其特征在于:所述步骤(6)的实时应急载流量I表达式中，当明确了 N-1故障修复期或者用电高峰期的时间长短，即时间t为已知；又假定到达t时刻，电缆导体温度达到极限值，当取极限值为90°C时，求出当前条件下t时刻内实时应急载流量。
【文档编号】G01R31/00GK103439609SQ201310386069
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】刘刚, 叶晓君, 周凡 申请人:华南理工大学