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。

高压单芯电缆金属护套环流影响因素及抑制方法分析

随着社会经济飞速发展,人们用电需求持续增长,使得同一隧道中的电缆输电线路不断增加,各线路之间相互影响,导致金属护套环流问题日益严重。一旦出现环流,不仅会影响电缆运行安全,而且可能会造成严重的电力事故,因此研究高压单芯电缆金属护套环流影响因素及有效的抑制方法具有重要的现实意义。分析了高压单芯电缆金属护套环流的产生机理及影响因素,提出有效抑制电缆金属护套环流的方法,以期为相关行业工作人员提供参考和借鉴。

新型高压单芯电缆特殊接地方式及其综合性能分析

电缆特殊接地用于抑制金属护层感应环流,提升电缆载流量,对承担大容量输送任务的高压单芯电缆具有重要意义。论文针对现行特殊接地方式的不足,提出一种新型电缆特殊接地方式。该接地方式通过解构感应回路平衡,以引入两端接地电阻的新原理实现金属护层感应环流抑制。论文就该新型接地方式在短线、长线中的实际应用进一步提出了6种分段型式,对每种分段型式的感应环流抑制效果进行了理论计算和分析,通过IEC法、有限元法验证了其相当的载流量提升性能。同时,讨论了该新型接地方式在经济可靠性、不均匀分段、感应电压及故障应急方面的综合工程性能。结果表明,对比现行单端接地、交叉互联两种传统特殊接地,论文所提出的新型特殊接地方式具有实际应用的优势与潜能,为高压单芯电缆提供了改进的接地方式参考。

基于PSCAD/EMTDC的高压电缆护套沿线过电压计算分析

近年来高压电缆护层保护器击穿烧毁故障频出,为优化电缆接地系统设计并为保护器选型提供参考,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立电力电缆线路模型。结合实际工程中长电缆线路各类接地方式,对单相接地故障期间不同电缆长度、接地电阻、敷设回流缆的护套沿线过电压变化规律进行研究。研究结果表明,电缆末端单相接地故障后,220 kV交叉互联电缆护套沿线过电压水平在2~8 kV;对交叉互联混合单端/中间接地方式,护套连接处存在地电位升高特性,严重时达16 kV;敷设回流缆对单端接地方式电缆护套过电压抑制效果明显,利于保护器选型。

高压电缆附件局部放电超高频检测与分析

为保障XLPE电力系统安全运行,开展高压系统附件局部放电(PD)检测研究,建立了110kV交联聚乙烯电缆接头的数学物理模型并利用时域有限差分法对其内部产生的PD超高频(UHF)电磁波的传播特性进行数值仿真。研究检测位置和金属护套以及半导电层等4种因素对UHF信号波形畸变和能量衰减的影响,并通过实验室电缆接头PD实测验证的仿真结果表明:金属护套和半导电层对UHF信号波头和频率有较大的衰减作用,在-20dB衰减条件下,UHF传感器距离接头的理论值应<3m,且上限频率≤500MHz。

多回并联电缆线路参数的不对称性分析

输电线路参数的不对称性对电网的安全运行有着重要影响。为分析并联电缆线路参数的不对称性,首先以卡松线路模型为基础,建立电缆序阻抗参数的计算模型,将高压单芯电缆的金属护套视作普通线路,与大地构成"护套-大地"回路,进而推广到多回并联运行的电缆线路,并阐述了多回电缆序阻抗参数的计算方法;然后通过引入线路参数不平衡度的概念,重点对比分析了几种典型相序排列方式下并联双回电缆线路序阻抗参数的不对称性。分析结果表明:双回并联电缆导线"品"字型排列的对称性优于垂直排列和水平排列,其中又以"品"字型垂直排列的对称性最佳。

平行多回电缆序阻抗参数的计算与分析

电缆序阻抗参数的准确计算是进行电缆工程设计的重要基础。平行多回电缆间由于电磁耦合的影响,其序阻抗参数的计算方法不同于单回路电缆。以"单导线–大地"回路为基础,提出了一种新的平行多回电缆序阻抗参数计算方法。该方法将金属护套与电缆芯线同等看待,分别与大地构成"护套–大地"回路和"芯线–大地"回路,充分考虑了护套电流以及各回电缆之间耦合作用的影响,同时实现回路间解耦,得到综合等值序阻抗参数,仿真算例验证了该方法的正确性。基于上述方法,以平行2回电缆为例,对不同敷设方式下序阻抗参数的变化特点进行比较分析。

高压单芯电缆护套操作过电压计算及冲击试验

为了解交联聚乙烯电缆承受的操作冲击过电压,完善电缆保护器的配置和选型方法,根据广州电网实际情况构造了ATP(电磁暂态计算程序EMTP的ATP版本)电缆金属护套接地和电缆与外部设备典型结线方式下电缆系统的计算模型,并采用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,对电缆系统上中常见的3种操作过电压(合闸空载线路、单相接地、三相甩负荷过电压)进行了仿真计算。实际电缆线路上进行的冲击试验验证了模型的正确性。最后在过电压计算、参数分析及冲击试验的基础上,提出了电缆保护器的配置和选型方法。

基于有限元法的电缆金属护套感应电压仿真分析

为有效降低单芯电缆金属护套感应电压对电缆寿命及载流量的影响,科学合理地选择不同电缆结构的敷设排列方式和距离,利用有限元法对不同材料、结构的电缆金属护套感应电压进行了数值仿真分析。首先采用电磁感应定律对单芯电缆金属护套感应电压进行解析计算;再通过Ansoft Maxwell 15软件建立单回路电缆金属护套感应电压的3维简化模型,并验证了有限元分析方法的适用范围。在此基础上,计算护套、半导电屏蔽层在不同相对磁导率、体积电导率条件下的感应电压值,分析了钢带铠装层对金属护套感应电压的影响。结果表明,当金属护套的体积电导率由105 S/m增大到107 S/m时,电缆金属护套感应电压约降低2.86%;而当屏蔽材料的体积电导率由104 S/m增大到105 S/m时,电缆金属护套感应电压约降低6.06%。当金属护套的相对磁导率由1增大到10时,电缆金属护套感应电压约升高48.48%;而当屏蔽材料的相对磁导率由1增大到10时,电缆金属护套感应电压约升高6.06%;与无铠装层电缆相比,装有金属铠装层电缆的金属护套感应电压增大了近100%。

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。

基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位

地下电缆的失效过程伴随着周期性发生的自恢复故障。快速准确地定位这类故障能够在电缆发生永久性击穿之前发现电缆潜在故障位置,为电缆的运维检修提供依据。计及电缆金属护层的影响,提出一种基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位方法。推导了双层阻抗模型下,三相单芯电缆导芯-护套自恢复接地故障和导芯-护套自恢复短路故障下的故障回路方程。利用电缆首端监测的电流电压波形,在较短故障时间下得到故障位置信息,最后通过最小二乘回归法实现了三相单芯电缆自恢复故障定位。大量仿真表明,计及电缆护套行为的故障定位算法能够准确识别电缆自恢复故障位置。该算法相对于只考虑导芯阻抗的算法更符合电缆实际模型,能够反映三相单芯金属护层的电气行为。

考虑金属护层耦合的高压电缆单相接地故障定位方法

针对电缆导芯和金属护层之间存在电磁耦合影响故障定位准确精度的问题,提出一种考虑金属护层耦合的高压电缆故障定位方法。该方法通过双τ分布参数模型建立电缆导芯和金属护层耦合关系,利用首末端的电气量,进而确定电缆导芯分布电压的表达式。然后以首末端分别计算的故障点导芯电压瞬时值差值来构造定位判据,同时对不良数据进行有效剔除,采用混沌粒子群搜索法求解故障精确位置。利用PSCAD/EMTDC仿真模型所得数据进行计算,结果表明在不同故障距离、故障电阻下所提故障定位算法都具有较高的精度。

高速铁路27.5kV电缆金属护层的雷击感应电压

在建立并验证高速铁路27.5kV电缆分布式参数等效模型的基础上,采用MATLAB软件仿真研究接触网避雷器经接地电阻接地、避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络2种工况下,雷电流波经接触网入侵电缆线芯导体时接地电阻和土壤电阻率对电缆金属护层雷击感应电压的影响,以及电缆长度、雷电流波陡度对电缆金属护层雷击感应电压的影响。结果表明:电缆金属护层的雷击感应电压最大值随避雷器接地电阻的增加而增加,呈线性关系,当接地电阻增加到10Ω时,入侵电缆线芯的雷电流最大值约为13kA,说明避雷器发挥的保护作用受限;避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络时,如果土壤电阻率大于800Ω·m,电缆金属护层的雷击感应电压最大值超出外护套冲击耐受电压,可能导致击穿外护套;长度为500m的电缆其金属护层的雷击感应电压最大值最小;电缆金属护层的雷击感应电压最大值随着雷电流波陡度的增大而增大,但增长率逐渐下降。

110kV单芯电缆金属护套环流计算与试验研究

为研究交联聚乙烯单芯电缆的护套环流,建立了计算单芯电缆金属护套两端互联直接接地以及交叉互联两端接地时环流的数学模型,编写VB程序进行了计算。在实际电缆线路上的试验结果与计算值相差不大,验证了编程计算的正确性。讨论了各种因素对护套环流的影响后提出了串入电阻以有效降低环流的思路。

高压XLPE绝缘电力电缆护层烧蚀机理分析

文中针对某110 kV电缆护层烧蚀故障案例进行了分析,在综合考虑烧蚀点形貌、电缆结构及其运行环境后,提出了缓冲层与皱纹铝护套之间存在不良接触、金属护层上存在感应电压是造成电缆护层烧蚀的主要原因。在此基础上,建立了110 kV电缆电场仿真模型,设计了皱纹铝护套模型试样并开展了烧蚀模拟实验,分别验证了上述两种原因的合理性。为探究皱纹铝护层起始放电条件,明确放电规律,对模型试样在不同间隙下的起始放电电压进行了测试,测试结果进一步论证了上述烧蚀机理。文中工作能够为电缆设计及电缆故障分析提供有效指导。

单芯交流海缆不同接地方式下的损耗计算及对载流量的影响研究

为保障单芯交流海缆的运行安全,海缆线路除在两端牢固接地外,有时还需将金属护套和铠装进行分段短接或采用半导电护层,3种接地方式对电缆传输容量的影响尚未有定量分析结论。文中针对大长度平行直线敷设的高压单芯非磁性铠装海底电缆线路展开讨论,建立了金属护套及铠装环流计算的等效模型,采用2种方式对半导电护层的损耗进行评估,在IEC标准基础上,提出了电缆允许载流量的修正计算公式。以交流500 kV充油海缆工程为对象进行了定量计算,结果表明,文中算法可以准确计算海缆线路的允许载流量;3种接地方式对电缆的允许载流量没有显著影响;为避免电流过大导致的加速老化,建议选择电阻率不小于106Ω·m的半导电护层材料。

高压电缆金属护套接地环流平衡抑制方法分析

高压电缆金属护套接地环流增大导致金属护套损耗增加,进而降低电缆传输效率,影响电缆使用寿命。为了抑制金属护套接地环流,建立了高压电缆交叉互联接地方式下金属护套接地环流计算模型,提出并分析了金属护套串联电阻、串联电感、终端串入补偿电感和终端串联接地电阻下接地环流的计算模型及平衡抑制效果。结果表明所提方法对金属护套接地环流均能起到一定的平衡抑制效果,并且优化组合后的方法能够有效抑制接地环流的增大。

高压单芯电缆单相接地故障护套过电压特性仿真分析

高压单芯电力电缆在敷设过程中,为了限制感应电压、增加单段电缆长度、减少中间接头数量,金属护套层往往采用交叉互联接地。若电力电缆发生单相接地故障,在交叉互联点会感应出较高的过电压,影响电缆使用寿命。对此利用电磁暂态软件EMTP,研究了在单相接地故障情况下高压单芯电缆金属护套过电压特性,分析了电缆整体排列方式、接地电阻、负荷性质、交叉互联各小段电缆长度以及混合排列方式对金属护套过电压的影响程度。研究结果表明:电缆整体排列方式、交叉互联各小段电缆长度和混合排列方式对金属护套过电压的影响较大;接地电阻和负荷性质对感应过电压的影响较小。

高压电缆网络短路分流系数的研究

在进行变电站的地网设计、确定变电站的安全指标(跨步电压和接触电压等)、以及研究电力电缆线路短路对邻近通讯系统的影响时,短路电流的分布和入地短路电流的计算至关重要。为此,建立了电缆金属护套两端直接接地和交叉互联两端接地的电缆线路的简化等效模型,在此基础上提出了一种用于计算广州高压电缆网络单相接地短路时短路电流分布和电缆分流系数的方法,并在实际运行的电缆线路上进行了试验验证。结果表明,只有很少一部分的短路电流是经变电站的接地网入地并通过大地回流的,绝大部分的短路电流是经过电缆护套回流的,且主要经过所谓的"主路径"的金属护套回流的。最后在分析计算的基础上对地网的设计、通讯干扰、单相短路时电缆金属护套上的工频过电压等问题进行了讨论。