27.5 kV电缆金属护层接地优化方案研究

基于电磁暂态分析软件PSCAD/EMTDC搭建电气化铁路27.5k V电缆长回路分布参数和接地回流系统模型,并对模型进行理论验证。结合工程中电缆金属护层常用的3种接地回流方案,系统研究了短路容量、短路位置、接地回流方案对电缆金属护层感应电影响规律;围绕电缆发生短路故障时非故障段发生护层保护器动作问题,对并联护层保护器和提高护层保护器额定电压两种方案可行性进行研究,最终提出了护层保护器参数调整建议及电缆接地回流优化方案。研究结果可为类似工程提供参考。

基于泄漏电流高次谐波比的电缆护层保护器老化状态评估

氧化锌电缆护层保护器是电力系统中保证电缆供电安全的重要设备,其运行状态将直接影响到线路安全。由于长期受到各种过电压的影响,电缆护层保护器极易发生老化,导致其性能发生明显劣化。基于泄漏电流分析的状态检测对于预测电缆护层保护器的老化状态具有重要作用。文中采用雷电冲击老化的方法,研究了电缆护层保护器冲击老化后的高频特性,提出了基于泄漏电流高次谐波比的老化状态诊断检测指标,该指标随老化程度的加深呈现逐渐增大的趋势。因此,能够用来有效评估电缆护层保护器的老化状态,为电缆护层保护器老化状态检测提供技术支撑。

基于金属护层环流的高压电缆外护套绝缘电阻在线监测方法

高压电缆外护套的绝缘电阻是衡量高压电缆绝缘状态的重要参数,本文提出了一种基于金属护层环流的在线监测方法,以评估高压电缆外护套的绝缘电阻,从而实现高压电缆绝缘状态的实时监测。该方法分析了金属护层环流形成及其与外护套绝缘电阻之间的关系,推导出计算模型,并对单端接地和交叉互联接地的高压电缆开展了在线监测方法的现场应用。结果表明:所提出的在线监测方法与离线测量方法的误差在20%以内,且该方法对交叉互联接地高压电缆中间段的测量效果明显好于两边电缆段,对于高压电缆的状态监测和金属护层故障定位具有重要意义。

地下交叉互联高压电缆分布式护层电流传感系统的时滞控制方法

交叉互联高压电缆系统中的分布式护层电流检测对于护层接地故障诊断至关重要。为解决地下高压电缆不依赖外部时标的分布式护层电流传感时间同步问题,该文基于交叉互联高压电缆护层间的耦合关系,采用并联Smith预估补偿器提升时滞补偿效率,获取残差最小的时间偏置补偿时滞量,提出多护层电流传感器时滞误差的递归最小二乘跟踪方法,以电容电流短时不变为稳定判据,对实际测量时分布式护层电流传感器之间的时延进行估计和控制。该方法在220 kV高铁牵引变压器一次侧高压电缆分布式护层电流传感系统上进行了试验验证,验证结果表明,该方法收敛至最小残差值点,平均残差为0.30 A,准确时滞量为3.93 s,能实现分布式护层电流传感的时间同步。

电气化铁路电力电缆基于芯-护层故障参数辨识的单端测距法研究

依据单芯电缆的内部构造特点,以芯-护层故障参数辨识为视角,分析并提出了电气化铁路电缆单端测距法。首先,此方法使用相模变换和中心差分算法处理了通过试验系统对象侧母线的暂态电压、电流数据,再以故障采样数据为基础,同时参考电力电缆的状态网络和电路运行状态,构建时域测距方程,通过故障参数辨识获取具体的故障位置。为验证研究的可行性和有效性,使用ATP-EMTP软件进行电缆故障仿真试验及结合京沈客专线进行电缆故障模拟试验。

220kV城市长电缆线路护层环流及抑制措施研究

针对高压电缆金属护层电压不平衡引起护层环流超限,影响城市电网安全稳定运行,导致电缆线路报警停运的问题,对220kV城市长电缆线路交叉互联单元中不均匀分段、不同三相轴间距以及混合排列所导致的护层环流进行分析计算,引入不均匀分段系数评价不均匀分段程度对护层环流的影响,并进行工程实例验证。结果表明,仿真模型和计算结果准确性良好;单回路和双回路下,护层环流大小与不均匀分段系数成正比;均匀分段下,同一组交叉互联单元中采用不同轴间距或混合排列方式会导致护层环流增大。提出利用不同轴间距抑制不均匀分段下环流的方法,如通过较短段采用较大轴间距、较长段采用较小轴间距来减小护层环流。

110kV电缆护层连接方式对护层过电压的影响

针对某建成电缆线路的护层保护器在单相接地短路情况下发生爆炸的事故,计算单相接地短路时某110kV线路三相单芯电缆线路的护层过电压。讨论了不同护层保护方式对单相接地短路情况下护层感应电压的影响。计算发现,护层连接方式改变时,护层感应电压的幅值和沿电缆分布有很大改变。采用加回流线的保护措施以后,能使最危险点的护层工频过电压从7 kV降低至<3 kV。

隔离开关不完全合闸引起的电缆护层过电压分析

过电压威胁包括电缆在内的整个气体绝缘组合电器(GIS)系统的安全运行,而电缆护层的保护直接关系到供电质量,因此研究电缆护层上的过电压具有着重要的意义。为此基于ATP/EMTP电磁暂态仿真软件,以单相GIS隔离开关触头间弧光放电在电缆护层上感应出过电压为例,仿真分析了不同情况下的护层过电压。仿真结果表明,气隙击穿电压越高、熄弧时间越短造成的电缆护层过电压越严重。抑制电缆护层过电压最有效的方法是添加电缆护层保护器,但保护器在隔离开关气隙多次重燃下存在热崩溃问题。若交叉互联段上电缆本体相间外发生石墨电极放电,放电点处的护层过电压将明显降低,然而改变了护层保护器中的能量分布。研究发现,隔离开关的重复击穿将导致护层保护器损坏,使得石墨电极放电,引起护层保护器进一步被破坏。研究结果对电缆护层的过电压及其防护有参考价值。

基于NB-IoT技术的电缆护层环流监测装置研究

随着电力行业的快速发展,高压电缆作为电力传输的重要载体,其运行安全性日益受到重视~([1])。为了解决现有电缆发生故障时电缆护层环流电流负载过大,导致影响电缆寿命和短时运行安全造成不良影响~([2]),本文提出了一种基于NB-IoT技术的电缆护层环流监测装置,该系统在电缆护层接地线上安装一套环流监测装置,可有效监测接地电流泄漏状况,把监测到的环流电流数据发送到后台服务器,做到对电缆接地电流的实时监控;一旦电缆发生故障,导致接地漏电电流增大,系统会马上发出报警,提示相关人员对电缆故障进行及时处理,能大大提高电缆运行的安全性。

电力电缆护层电压补偿装置研究

电力电缆线路改造时容易造成换位的电缆三段不等长,从而引起护层电压不平衡,产生护层环流。在对电缆护层电压理论分析的基础上,推导了电缆几种主要排列方式下的护层感应电压数学模型;提出了电缆护层电压的补偿方法。该方法是在电缆终端增加一补偿电感,即在铁芯上绕制线圈,此线圈一端接电缆金属护层末端,另一端接地,基于这一补偿方法开发了补偿装置计算的软件包,并进行仿真计算,在此基础上研制了补偿装置。通过改变该补偿装置的气隙和匝数,可以对电缆护层电压进行有效补偿,使补偿后电缆护层的总电压大为减小,有效地抑制了护层环流,可大幅度降低电缆损耗,提高电缆传输容量。

基于脉冲差分的单芯电缆护层接地诊断

高压单芯电缆护套绝缘的完整性对于保证电缆的设计容量、运行安全和提高电缆的使用寿命具有重要作用。电缆护套绝缘在线监测与定位有利于及时发现电缆早期故障,避免绝缘进一步恶化,保证供电系统的可靠性。通过检测电缆护套的环流来判断多点接地故障的存在,并采用脉冲反射法对故障点进行定位。为了解决电缆中间接头反射引起的故障反射波形混淆问题,提出了一种基于脉冲差分法的电缆护套接地故障测距方法。在ATP-EMTP中建立了变频电缆模型,验证了该方法能快速、准确地测量电缆护套接地故障距离。

地下配电电缆增容中的电缆金属护层接地方式研究

电缆金属护层接地是地下配电电缆增容改造工程中必不可少的一个环节,对此,文章对地下配电电缆增容中的电缆金属护层接地方式展开研究,参考国际规范计算不同电缆敷设形式的线缆金属护套的感应电位,对不同的接地模式进行评估,选取交叉互联接地模式,并在其另一端的金属护套上附加一个保护器,实现地下配电电缆增容的电缆金属护层接地。实验证明,地下配电电缆载流量提升率得到了有效提升,电缆可靠度也得到了有效提升,在地下配电电缆增容和电缆金属护层接地领域具有良好的应用前景。

110kV电缆线路护层接地方式及保护分析

出现过电压的情况,电缆护层绝缘将会被击穿,引发护层多点接地故障,从而导致保护层的额外热耗增大,不利于维持电力电缆运行的正常性,降低其服役寿命。在电力系统中如果发生电缆金属护层多点接地故障,故障测寻和修复难度比较大,开展停电检修工作,将会增加电量损失。本文主要分析了110kV电缆线路护层接地方式,提出针对性的保护措施,维持110kV电缆线路运行的稳定性,避免出现安全问题。

高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术

随着我国城市化进程加速推进,城市供电体系的重要性日益凸显,尤其是在北上广深这样的特大城市,其电力消耗量远超一般城市,因此对电力输送媒介提出了严峻挑战。电力电缆经常承受高强度负载,极大地提升了电缆绝缘材质被破坏的风险,从而增加了电缆故障发生率。为确保及时预防由绝缘故障引发的电力事故,改变依赖事后维修的被动局面,构建一套在线监测系统显得至关重要。本文主要探讨高压电缆护层电流实时监控系统的研发与设计。

高压单芯电缆护层过电压保护的特性及优化方案研究

高压单芯电缆在电力系统中处于关键组件地位,护层的过电压保护非常重要。对高压单芯电缆护层过电压防护研究状况进行了,总结了电力系统电缆应用情况及过电压现象对系统的影响。采用特性分析的方法,对过电压进行了分类,并对其发生机理进行了探索,研究了电缆护层电气特性及其影响因素。本文进通过仿真研究对分析结果进行验证。从保护设备选择和配置,监测预警机制,结构优化和新材料应用等方面提出一整套优化方案并评价其性能和经济性。

电缆护层保护器的性能及应用

为了降低护套对地过电压,避免外护层击穿,普遍使用护层保护器,保证电缆可靠运行。上海地区电缆护层保护器经历了从火花间隙,碳化硅阀片护层保护器、金属氧化物护层保护器的演变历史,近年来,国产金属氧化物护层保护器的性能正在逐渐提高,与国外随电缆引入的许多护层保护器性能相比,水平已经达到甚至超过。

高压电缆外护层绝缘降低时护层保护器的参数配置

针对高压电缆外护层绝缘电阻普遍降低的现状以及其耐压水平降低的可能性,建立了单端接地和交叉互联接地电缆的ATP-EMTP仿真模型,研究了在雷电过电压、操作过电压和短路故障的情况下,配置低伏安特性保护器后保护器是否能正确动作且不损坏保护耐压水平降低的外护层。结果表明:在雷电过电压和操作过电压情况下,降低保护器伏安特性能有效降低作用于外护层的残压,流经保护器的电流仍然低于其标称放电电流;对于单相短路情况,单端接地条件下保护器需要吸收的短路能量较大,降低保护器伏安特性会使保护器爆炸,而对于交叉互联接地情况,降低保护器伏安特性保护器是否会爆炸与短路电流的大小有关,较大的短路电流会使得保护器爆炸。最后提出了电缆外护层绝缘降低时护层保护器配置的建议。

基于护层电流的高压电缆故障在线监测和诊断

长距离大容量的高压电缆采用金属护层交叉互联的方式来抵消金属护层中的感应电压,金属护层的交叉互联给在线监测和诊断带来了新的挑战和契机。为此,提出了基于护层电流分析的高压电缆故障在线监测和诊断方法,为高压电缆线路常发生的外力破坏和接地箱进水等问题提前预警。首先,建立了交叉互联电缆系统的护层电流等值电路模型;然后,对交叉互联电缆系统中3个典型的护层故障进行了仿真。通过在某电缆隧道中安装的在线监测装置收集了2015-01—2016-01实测数据,对比仿真结果误差不超过5%,验证了模型的正确性。另外,仿真结果表明故障情况下高压交叉互联电缆护层电流与正常情况下对比有很大差异,且不同故障情况之间对比护层电流也不尽相同。基于以上研究,通过仿真结果建立了不同类型和位置几种典型电缆故障的诊断阈值。因此,根据各电缆接头处所测量的护层电流之间的大小比较可以对不同类型的故障和位置进行诊断。

高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术

通过监测护层电流可及早发现高压电力电缆线路的潜在故障,有效避免非计划性停电。为此,提出了1种可用于诊断故障与非故障情况下3相交叉互联高压电力电缆中护层电流的研究方案。通过建立数学模型详细分析了2种典型的电缆故障,并基于1条线路长度为1.5 km、电压等级为110 k V的隧道电缆的仿真计算,提出了1套适用于12种电缆故障的诊断及定位标准。仿真分析结果显示:当电缆接地系统中存在开路故障时,故障回路中的护层电流会降低;而当电缆交叉互联箱进水或电缆接头内环氧预制件击穿时,故障护层回路中将产生高于正常水平的护层电流值。基于故障仿真,所提出的故障诊断标准可准确识别并定位指定的3种电缆故障:接头松动导致护层开路、交叉互联箱进水和接头内环氧预制件击穿。仿真表明地电阻的大幅度变化会导致诊断标准发生变化。

计及金属护层结构的电缆单端故障测距方法

单芯电缆大部分故障均与金属护层相关,仅考虑导芯电气结构参数的模型无法实现护层的相关故障测距。基于双π模型,提出了计及电缆金属护层的单端故障测距方法。利用导芯及护层首端电气量得到线路沿线的电流值,根据非故障相对应故障点处前后电流故障分量相等的特征,可迭代搜索得到故障距离。该方法只需利用导芯及护层首端故障分量的相量值,能够实现护层对地故障、芯–护层故障以及芯–护层对地故障的准确测距。大量仿真结果表明,该方法测距精度高,且不受故障距离、故障类型、故障电阻、故障初相角以及电缆护层接地方式的影响。