专利名称：：单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法
技术领域：
：本发明涉及一种预先计算单芯电力电缆交叉互联护层感应电流的方法，并根据计算结果调节电缆的敷设方案达到控制护层感应电流的方法。
背景技术：
：随着城市的发展，110kV及以上电缆数量的急剧增多，大量单芯电缆的运行所带来的电缆护层感应的问题是我们必须面对的。根据llOkV电缆护层的带电测试的统计，电缆护层的感应电压一般都在20伏以下，低于规程规定的50V的标准，而电缆护层电流偏大是比较多的现象，有的线路接近电缆负荷电流的一半。金属护层的感应电流大，将产生较大的附加损耗，降低线路持续允许载流量，增大电缆线芯运行温度，縮短电缆线路的使用寿命，若电缆终端头、中间头护层与接地电缆的连接不良，还将引起连接处的局部发热，造成电缆故障。因此必须控制感应电流。为了控制感应电流，对短距离单芯电缆可通过电缆护层一端接地、另一端接保护器的方式以达到限制电缆护层的感应电压，由于不形成回路感应电流也因此得到限制。而长距离单芯电缆往往采用护层交叉互联的方式来降低感应电压，平衡感应电流。根据相关资料，交叉互联电缆护层的感应电压、感应电流与电缆的负荷电流、电缆的段长、电缆的排列有较大关系。根据理论知识，单芯电缆采用等段长、品字形敷设是最好的方式。但很多时候电缆通道往往无法满足品字形敷设的条件(如比较常见的沟管结合)，由于施工地理条件的原因，电缆段长也无法实现完全等长。另外电缆线路改造工程中，老电缆与新电缆的连接，段长也无法保持一致。这也就造成了投运后电缆护层感应电流偏大的现象。目前，关于电缆护层感应电流的计算往往参照有关公式按照一种排列方式，计算护层感应电压，进而计算感应电流，而由于现场实际条件的限制，电缆的排列往往不是全线统一的，因此这种方式无法得到准确的计算结果，从而不能判断敷设方案是否合理。如何预控感应电流，目前常用做法，交叉互联护套一端直接接地，另一端经护层保护器接地，但这样需要增加回流线，增加了成本。检索发现申请日为2004.12.15，申请号200410066049.3的中国专利公开了一种电力电缆护层感应电流的抑制方法，即选择合适的电感接在电缆护套上，从而平衡护套上的感应电压，抑制感应电流。但采用其方案一方面增加了电气设备，增加了运行的安全风险，另一方面将增加成本。
发明内容本发明目的就是为了克服上述不足而提供一种对预敷设电缆方案进行计算处理从而调节电缆的排列以达到控制电缆护层感应电流从而避免安全隐患、提高载流量的方法。为了达到上述发明目的，本发明的技术方案为1、一种单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法，其特征在于它包括如下步骤(a)、建立电缆护套交叉互联换位段回路的等值电路模型该模型为三根单芯电缆，每根电缆由三小段电缆经两只绝缘中间接头连接而成，电缆的金属护层在绝缘接头处相互交叉互联，且三根电缆的端部与大地相接形成回路，每段电缆上产生的物理参数包括每段电缆护套的自阻抗Zoi;每段电缆线芯感应电流引起的感应电压ESAi、ESBi、ESCi;护层感应电流、大地电流引起的感应电压EHAi、EHBi、EHC,其中i为对应交叉互联的三段电缆的序号，根据每一小段电缆护套上的感应电压的叠加推导出护套总的感应电势，进而得出护套上的感应电流计算公式；(b)、根据设计并经过通道实际査勘设定初步的电缆敷设方案，统计电缆的排列情况及相对应的电缆长度，按照步骤(a)的感应电流计算公式计算出该具体电缆铺设方案中的护层感应电流大小，若感应电流超过允许范围，则进入步骤(c);反之，判定该初步方案满足要求；(c)、调整电缆敷设方案，选取一段排列可调的电缆，将这段电缆分成一种或多种排列的小段，分别设定小段长度及间距，再次根据感应电流计算公式计算调整后的护层感应电流的大小，若感应电流仍超过允许范围或者仍不合适，循环执行步骤(c)，反之，进入步骤(d);(d)、按照调整后的电缆排列敷设方案，结合实际情况确定方案的可行性，达到预控感应电流的目的。由于上述技术方案的运用，本发明具有下列优点由于在电缆规格、负荷电流等参数一定的情况下，单芯电缆交叉互联护层感应电流的大小主要与电缆的段长、电缆的排列有关，本发明通过建立电缆护套交叉互联换位段回路等值电路的模型，对初步电缆敷设方案的护层感应电流进行计算，以判断该方案是否满足要求，若感应电流超过允许范围或相对较大，可对敷设方案中的可调节段电缆进行间距排列及相应长度的调整，再根据感应电流计算公式计算调整后的敷设方案中护层的感应电流大小，本发明可应用在实际通道条件不允许等长度品字形、交叉换位敷设电缆，以及在电缆改造过程中，由于新接电缆的段长与老电缆的段长不一致的情况下，选取一段排列可调的电缆，将这段电缆分成一种或多种排列的小段，分别设定小段长度及间距的范围，计算这一范围内变化对应的所有感应电流，结合感应电流小并实际可行的原则，确定电缆排列，以达到预控感应电流的目的。附图1为单芯电缆交叉互联护层结构示意附图2为本发明电缆金属护套交叉互联换位段回路的等值电路原理图；具体实施例方式下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明图1所示的为单芯电缆交叉互联护层的结构示意图，其包括三根电缆，且三根电缆分别分为三段，三段电缆经绝缘接头连接在一起，两端护层直接接地，绝缘接头两侧护层交叉互联连接，上述电缆交叉互联可转换为图2所示换位段回路的等值电路模型，现对该模型中涉及的参数先进行说明其中R,、R2分别为护套首末端接地电阻的测量值；Re为大地漏电阻；Zoi为各段电缆护套的自阻抗；(数字后缀i分别1、2、3对应交叉互联的第一、二、三段电缆，下同)；ESAi、ESBi、Esci为每段电缆线芯感应电流引起的感应电压；Ehai、EnBi、EHCi为护层感应电流、大地电流引起的感应电压；X0=w,，。2、2C+。/2、^2-)(Q/—式中R0、X0为金属护套的电阻和自感抗，A为金属护套的电阻系数(/^cw)，A为电阻温度系数，Ts为护套温度，dsl、d"分别为护套的内外直径(mm)，rsl、rs2分别为护套的内外半径(mm);大地漏电阻《-^—A+^+iJ;Rg为大地电阻率，ig=;r2/xlO-7(Q/m);Li为电缆长度；ISA、ISB、ISC分别为A、B、C相金属护层感应电流，IsE为大地漏电流。利用上述模型，根据每一小段电缆护套上的感应电压的叠加推导出护套总的感应电势，进而得出护套上的感应电流计算公式，具体推导过程如下1)线芯负荷电流引起的护层感应电压设三相线芯的电流是平衡的三相正弦交流电，电流分别为/广=i-r丁1i—户了可得A、B、C相电缆金属护套的感应电势为附j(Zaw丄ii)+Z丄h)一丄i/证=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^—义fe丄2J化/，1i=l五W3=王5SZ(Zca3/丄3f^+^5CSC^^c3i'丄3i'^—丄3厶五E鹏=^5CZ")+LZ(Xca3/4)-&"3(/=1i，l、二、三段Xbc3i、Xca3i式中L2、L3为第一、二、三段电缆的长度，U、L2i、U为第-电缆的第i种排列的长度,Xabli、Xb。u、Xcali、Xab2i、Xbc2i、Xca2i、Xat为第一、二、三段电缆第i中排列情况的护套互感。3)电缆护层感应电流的计算根据护层的等值电路可得下列方程+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设+Z02+Z03—(五Z/C1+E/fC2+"^ffC3)+("^1+"^2+"^e)了5￡=五5C1+五M2+五幼3m3'■=1/=1/=1h1"^5C总—五5C1+五M2+五5S3=Z^5Ci/丄1/+y"A4"丄2f+Z"幼3/"^3ii=li=l^=1将以上感应电压计算公式代入方程，可得以下矩阵方程Z12Z13五。1A22=五z31厶32z33—乂5C—五、总^总.其系数矩阵各元素分别为==Z33=Z。)++Z。3+ij+i2+ie+义;^(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、，按照上述对感应电流计算公式，在需要敷设电缆时，可先设定敷设方案，并通过上述计算公式对预敷设方案进行验证，以确定电缆敷设的最佳方案，具体步骤如下首先，根据设计并经过通道实际査勘设定初步的电缆敷设方案，统计电缆的排列情况及相对应的电缆长度，按照感应电流计算公式计算出该具体电缆铺设方案中的护层感应电流大小，若感应电流超过允许范围，则进入下一步；反之，判定该初步方案满足要求；然后，调整电缆敷设方案，选取一段排列可调的电缆，将这段电缆分成一种或多种排列的小段，分别设定小段长度及间距，再次根据感应电流计算公式计算调整后的护层感应电流的大小，若感应电流仍超过允许范围或者仍不合适，循环执行该步骤，反之，进入下一步；最后，结合实际情况确定电缆的排列，达到预控感应电流的目的。本发明感应电流预控方法可通过编程实现，对电缆预敷设方案，先计算护层上的感应电流，若感应电流超过标准，通过程序自动在一定范围内调整电缆的排列、段长，并计算出所对应的感应电流，最后根据计算结果，选择合适的电缆敷设方案。下面将通过两具体实施例对本发明预控方法进行验证实施例一本实例主要是对护层感应电流计算模型计算准确性的验证，有一条llOkV运行电缆，负荷电流为120A,护套内外直径分别为76mm、82mm。电缆排列实际测量统计如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>三相感应电流实测分别为7.5A、24.3A、26.5A,理论计算为8.09A、25.81A、27.4A。考虑到统计的误差，结果比较准确，证明了数学模型的正确。实施例二在一个电缆改造工程中，老电缆线路长度为lOOOm，分为两个换位段，长度均为500m，电缆为品字形敷设，间距为300mm,新接一段电缆长度为600m。电缆负荷为200A，护套内外直径径分别为76mm、82mm。则若新接电缆仍然间距为300mm的等间距排列，护层感应电流将达12A。设置新接电缆排列间距在100mm至500mm间任意排列，通过程序计算感应电流，则可得到当间距为208mm时，护层感应电流将只有0.2A,达到了控制感应电流的目的。实践证明，本发明通过计算护层感应电流，调整电缆的排列，基本实现了预先控制电缆因排列不规范、段长不相等而引起的感应电流大的目的，无附加成本，避免了隐患，安全可靠。本发明通过严谨的科学分析、推导，建立了根据电缆通道实际情况来准确计算护层感应电流的数学模型，通过程序简化计算，当感应电流超过标准时，调节电缆排列来控制感应电流，从而解决电缆新建或改造中，由于实际情况的限制，电缆无法等长度品字形、交叉换位敷设而造成的感应电流过大的问题。该方法简单可行，成本经济，安全可靠，具有突出的进步。附说明书中的符号物理意义如下&、R2护套首末端接地电阻；Re大地漏电阻；Zoi各段电缆护套的自阻抗；ESAi、ESBi、Esci各段电缆线芯感应电流引起的感应电压；EHAi、EHBi、EHCi各段护层感应电流、大地电流引起的感应电压;Ro、X0、Z0金属护套的电阻、自感抗、阻抗；A金属护套的电阻系数；电阻温度系数；T丄s4i、ds2护套温度；护套的内外直径；护套的内外半径;Rg大地电阻率；L!、L2、L3第一、二、三电缆互联段长度；L、L2i、L3l第一、一、三段电缆的第i种排列的长度；Xabli、乂bcli、乂cali、乂ab2i、乂bc2i、乂ca2i、乂ab3i、乂bc3i、Xca3i第—、电缆第i中排列情况的护套互感；二、三段IsA、IsB、IsCGM化A、B、C相金属护层感应电流;大地漏电流；为护套几何平均半径；A、B、C线芯之间的间距；复数计算因子；角频率；nl、n2、n3第一、二、三段电缆的排列情况数；K,、"、Ke线芯电缆感应引起的单位长度护套上的感应电势;De大地漏电流的深度；P土壤电阻率；Xab、Xbe、XeaA与B、B与C、C与A相护套的互感抗；Xhe大地漏电流对护套的互感抗；Z、Z22、Z、Z12、Z13、Z21、Z23、Z31、232护层感应电流矩阵系数。权利要求1、一种单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法，其特征在于它包括如下步骤(a)、建立电缆护套交叉互联换位段回路的等值电路模型该模型为三根单芯电缆，每根电缆由三小段电缆经两只绝缘中间接头连接而成，电缆的金属护层在绝缘接头处相互交叉互联，且三根电缆的端部与大地相接形成回路，每段电缆上产生的物理参数包括每段电缆护套的自阻抗ZOi；每段电缆线芯感应电流引起的感应电压ESAi、ESBi、ESCi；护层感应电流、大地电流引起的感应电压EHAi、EHBi、EHC，其中i为对应交叉互联的三段电缆的序号，根据每一小段电缆护套上的感应电压的叠加推导出护套总的感应电势，进而得出护套上的感应电流计算公式；(b)、根据设计并经过通道实际查勘设定初步的电缆敷设方案，统计电缆的排列情况及相对应的电缆长度，按照步骤(a)的感应电流计算公式计算出该具体电缆铺设方案中的护层感应电流大小，若感应电流超过允许范围，则进入步骤(c)；反之，判定该初步方案满足要求；(c)、调整电缆敷设方案，选取一段排列可调的电缆，将这段电缆分成一种或多种排列的小段，分别设定小段长度及间距，再次根据感应电流计算公式计算调整后的护层感应电流的大小，若感应电流仍超过允许范围或者仍不合适，循环执行步骤(c)，反之，进入步骤(d)；(d)、按照调整后的电缆排列敷设方案，结合实际情况确定方案的可行性，达到预控感应电流的目的。2、根据权利要求l所述的单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法，其特征在于步骤(a)中，电缆护套交叉互联换位段回路的等值电路模型为三根电缆，每根电缆由三段电缆经绝缘接头连接在一起，两端护层直接接地，三根电缆的护层在绝缘接头两侧交叉互联连接。3、根据权利要求l或2所述的单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法，其特征在于步骤(a)中，护层感应电流的计算公式通过下列矩阵方程实现Z12z13五城Z22Z23=厶31△32^33_力c—其系数矩阵各元素分别为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_五幼总一五M1"^5C2+五5W=Z^5flh丄h'+y"!",『？;丄2i+T^！""3'.丄3f'/=1/=1i=l//12五5C总—"^5C1+五5/12+五5S3=Z"5CU丄1/工2/+X"幼l丄3//=1其中L，、L2、L3为第一、二、三段电缆的长度，Ln、L2i、L3i为第一—、二段电缆的第i种排列的长度,Xabli、Xbcli、Xcali、Xab2i、Xbc2i、Xca2iXab3i、Xbc3i、Xca3i为第一、二、三段电缆第i中排列情况的护套互感。4、根据权利要求3所述的单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法，其特征在于所述的感应电流计算公式通过编程实现，通过输入统计的排列参数及电缆参数，计算出所对应的感应电流。5、根据权利要求l所述的单芯电力电缆交叉互联护层感应电流预控方法，其特征在于步骤(c)中所述的感应电流计算通过编程实现，当设置好电缆长度及排列间距的范围后，自动计算出设定范围内敷设方案所对应的感应电流。全文摘要本发明涉及一种根据电缆通道实际情况来预先计算单芯电力电缆交叉互联护层感应电流，从而选择最佳敷设方案控制感应电流的方法，该方法通过统计电缆敷设的排列及每种排列对应的段长，根据电缆的基本参数，计算护层上的感应电流，若感应电流超过标准，在一定范围内调整电缆的排列、段长，并计算出所对应的感应电流，最后根据计算结果，选择合适的电缆敷设方案，从而解决电缆新建或改造中，由于实际情况的限制，电缆无法等长度品字形、交叉换位敷设而造成的感应电流过大的问题。本发明通过科学的理论分析，建立了数学模型，通过程序简化计算，彻底有效地预控单芯电力电缆交叉互联护层感应电流，无任何附加成本，切实可行。文档编号H02G1/06GK101593944SQ20091011510公开日2009年12月2日申请日期2009年3月19日优先权日2009年3月19日发明者姚雷明,梁张,欣徐,彦陈申请人:江苏省电力公司苏州供电公司