基于ATP-EMTP电缆金属外护套的感应电压分析计算及相关保护设备选型

本文提供一种基于ATP-EMTP计算高压电缆在雷电过电压、工频过电压时的计算方法和模型,并提出相应的限制措施,同时为相关设备的选型提供依据。

基于多层磁场的大长段电缆护套感应电压精确计算方法

电缆分段段长的大小主要取决于金属护套感应电压的大小,最大值不能超过国标300 V,因此金属护套感应电压的精确计算是确定段长的关键。基于电磁场理论,建立三相电缆空间磁场分布的数学模型,并计及电缆的结构参数,计算空间某一位置的金属护套感应电压。使用仿真软件进行验证,并与现有简化公式法计算结果对比表明,考虑电缆结构参数的电磁场求解法的计算结果与仿真结果更加接近,尤其是对于线径较小容量较低的电缆,为大长段电缆段长的选择提供理论指导作用。

单回路高压单芯电缆金属护套感应电压及限制措施

对110 kV单回路高压单芯电缆线路正常工作情况下金属护套产生的感应电压进行计算,并结合110 kV XLPE电力电缆工程设计中的典型实例,采取金属护套交叉互联接地方式,将电缆线路全长分成3等分段或3的倍数分段,限制高压单芯电缆护套感应电压,确保电缆的安全运行,减少运行损耗,效果良好。

回流线对2500 mm^(2)单芯电缆金属护套感应电压的影响分析

单芯电缆的金属套单端接地方式需在不接地端设置电压限制器以确保电缆的正常运行。电压限制器被击穿会导致两端接地,形成环流发热而降低载流量,加速主绝缘的老化。因此,在工程设计中必须计算金属套的各种感应电压大小并制定相应措施来限制感应电压,其中对金属套单端接地方式而言增加回流线是直接有效的方式。由于单芯电缆金属套感应电压与负荷电流大小、回路数、排列位置、分段电缆长度和回流线的设置位置都密切相关,本研究以220 kV线路的2500 mm^(2)单芯电缆为例详细计算分析不同电流、不同回路、不同长度、不同回流线位置时的感应电压大小,其结论对如何设置回流线,什么情况下需设置回流线有着积极的意义。

高压单芯电缆工频运行下金属护套雷电冲击电压的仿真研究

为了研究高压单芯电缆金属护套冲击电压的影响因素,本研究用PSCAD/EMTDC建立220 kV架空线-高压单芯电缆线路模型并仿真雷电绕击架空线后沿线入侵电缆的波过程,在工频运行条件下,通过改变电缆接地方式、电缆参数以及雷电流参数,研究对金属护套雷电冲击电压幅值的降低作用。结果表明:其他条件相同时,采用首端接地方式的不接地点金属护套雷电冲击电压幅值比末端接地方式和交叉互联接地方式降低约90%;由于金属护套在交叉互联点发生换位,导致金属护套雷电冲击电压幅值最大相在第二个互联点处由侵入相变为非侵入相;通过改变电缆长度、分段均匀度以及排列方式等方法对金属护套雷电冲击电压的降低作用有限,仍需增设电压保护器加以限制;雷电流入侵电缆工频电压波谷时,能比入侵波峰时降低约80%的金属护套雷电冲击电压。

基于ATP-EMTP高压电缆接地线金属护层悬浮电压仿真分析

若输电电缆接地系统遭到破坏,电缆金属护套对地电压将会升高,可能达到极高的危险数值。过高的感应电压不仅危害人身安全,还将造成绝缘层击穿,进而降低电缆的载流量,甚至击穿外护套绝缘,引发电缆线路运行事故。针对这一问题,本文利用电磁暂态分析软件ATP-EMTP对实际运行的输电电缆进行建模仿真,通过控制参数变量计算了不同接地线故障情况下电缆金属护套可能出现的悬浮电位值。计算得知当某段电缆仅一侧的直接接地线或交叉互联线被盗,若断开点距离另一侧直接接地点长度较短,则其金属护套的感应电压仍在安全值以下;但当单侧接地线被盗的110 kV电缆长度达到20 km左右(220 kV电缆长度达到10 km左右时),其金属护套的感应电压幅值将超过国标规定值300 V;当某段金属护套“悬浮”,即该段电缆两侧的直接接地线或交叉互联线均被盗时,其感应电压将上升到非常危险的数值,达到数十千伏。

高压电缆充油终端接地系统缺陷电压和电流特征分析

为探究高压电缆充油终端铜网缺失和铅封缺陷等接地系统缺陷对终端电压和电流的影响,利用集中参数电路,建立电缆充油终端电阻电感电容(RLC)等效模型,基于COMSOL计算终端电容参数以及实验测试电阻参数,分析缺陷下终端电压和电流的变化特征,并通过实际故障案例加以验证。结果表明:铜网缺失导致终端外半导电层接地失效,外半导电层电压显著增大,进而引起放电;铅封断裂导致铝护套与尾管连接不可靠,造成终端铝护套电压悬浮,长期运行会造成铝护套与缓冲层间放电;铅封层间缺陷导致铝护套与铅封接触面积减小,铅封处允许的最小接触面积约为10%。

大截面大长度220kV高压交联电缆的应用研究

城市电力隧道内高压电缆回路数多、电缆中间接头多,而中间接头处是电缆最薄弱的地方,容易产生故障。鉴于此,分析研究了实际工程中电缆采用不同分段长度的金属护套感应电压值,得出以下结论:适当增加单盘盘长,减少电缆中间接头数量,可以降低电缆运行风险,减少建设成本,提高电缆运行可靠性。

基于有限元分析的高压电缆环流异常检测抑制系统设计

常规系统赋予电缆线芯的电流值与实际值相差较大,导致环流异常可检测长度较短。为此,提出基于有限元分析的高压电缆环流异常检测抑制系统。硬件方面,组成系统整体构架,优化电缆接地线电流互感器,确保电流数据与实际电流相符;软件方面,利用有限元分析为线芯施加电流,通过有限元仿真的磁感应强度分布图,计算电缆环流值。实验结果表明,针对工频稳态下的高压缆线、牵引负荷电流下的高压缆线、弯曲状态的高压缆线,设计系统的平均可检测长度分别为1230 m、1180 m、990 m,增加了环流异常可检测长度。

220kV电缆护套单相接地故障过电压特性

为了限制高压单芯长电缆线路金属护套过大的环流,有时会采用三相金属护套交叉互联单端接地的非常规方式,如果此时电网系统发生短路接地故障,金属护套不接地端则会产生显著的过电压,在护套交叉互联的连接处也会感应出较高的过电压.对此利用ATP-EMTP电磁暂态分析软件分析了电缆金属护套感应过电压在单相接地故障下的特性,探讨了短路相角对金属护套过电压的影响.最后,分析了某供电局220kV电缆线路护层保护器损坏的原因,并提出了降低护套过电压的措施,以确保电网安全稳定运行.

基于EMTP和BP神经网络的超高压电缆护套雷击感应电压研究

电缆遭受雷电波冲击时金属护套感应产生的过电压极易击穿护层绝缘,需要的护套雷电浪涌感应电压进行合理计算和预测。本研究利用EMTP软件搭建架空线路-埋地电缆电路模型,计算雷击线路时电缆护套最大感应电压,分析电缆布置方式、电缆间距和长度、护套接地电阻、雷电流参数等因素对护套感应电压的影响。在仿真结果的基础上,提出一种基于BP神经网络模型预测电缆护套感应电压预测方法,并将预测结果与仿真模型进行对比。研究结果表明:电缆间距、电缆长度、护套层的接地电阻、雷击点距电缆距离、雷电流幅值与波前时间对护套感应电压存在较为明显的影响;电缆布置方式对护套感应电压存在一定影响;杆塔接地电阻变化几乎不影响护套感应电压。采用交叉互联接地方式时,护套雷电冲击感应电压仍然有可能超过绝缘耐受电压,建议安装护套浪涌保护器。根据仿真分析结果建立的BP神经网络预测模型预测结果与仿真结果之间的平均相对误差小于7%,具有良好的预测性能。

高压输电线缆增加敷设段长研究

传统高压单芯电缆设计分段长度偏短,导致电缆接头数量急剧增加,造成接头价格昂贵,工程投资随之上升,电缆运行的故障概率也相应提高,增大单段长度可有效解决这一问题。对金属护套感应电压和护套环流进行计算研究,推算出最大可能的敷设段长。使用解析公式和仿真计算两种方法,对220kV输电线缆在不同的接地方式、不同的排列方式下的金属护套感应电压进行计算,给出了可行的最大敷设段长,并对两种计算方法所得结果进行了对比。分析了负载不平衡或段长不平衡对护套环流的影响,对段长增加后不平衡负载或段长时的护套环流进行了仿真计算,提出最大敷设段长的选取还应考虑不平衡状态下的护套环流是否超限。

高压输电线缆增加敷设段长研究

传统高压单芯电缆设计分段长度偏短,导致电缆接头数量急剧增加,造成接头价格昂贵,工程投资随之上升,电缆运行的故障概率也相应提高。针对这一问题,开展高压输电线缆增加敷设段长对金属护套最大感应电压和护套环流的影响,并计算最大段长。基于瞬态电力系统仿真软件,对220 kV输电线缆在不同的接地方式、不同的排列方式下的金属护套感应电压进行仿真校验,分析了段长增长后对护套感应电压和护套环流的影响,获得了不同敷设方式下的电缆最大段长,并与解析结果进行对比。针对段长增大后不平衡负载和段长情况下的护套电压和电流的影响进行了仿真分析,为大长段高压电缆的分段提供了参考。