一种高压单芯电缆应急负荷下的载流能力动态评估方法技术

本发明专利技术涉及一种高压单芯电缆应急负荷下的载流能力动态评估方法，属于测量电变量的我技术领域。该方法执行步骤如下：1）基于传热学基本原理构建所述高压单芯电缆的暂态热路模型；2）通过所述暂态热路模型确定所述暂态热路模型的阶跃电流温升表达式以及所述阶跃电流温升表达式中的各变量值；3）计算出当电缆温度达到90℃时所经历的时间，以此来对高压单芯电缆进行应急负荷情况下载流能力的评估。该方法基于对高压单芯电缆的温升规律变化，根据不同高压单芯电缆的内部尺寸参数以及材料物性，建立阶跃电流的温升表达式，以此来评估该高压单芯电缆在应急负载情况下电缆可以支撑的时间，为电力调度提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压单芯电缆载流能力动态评估方法，属于测量电变量的我技术 领域。
技术介绍
电缆导体温度是判断电缆实际运行状态和实际载流能力的重要依据。 高压单芯电缆应急负荷下载流能力的动态评估关键是对导体暂态温度的计算分 析，现有的主要方法是：以构建暂态热路模型为基础的解析法和以有限元等原理为基础的 数值方法。 构建暂态热路为基础的解析方法，通常有以下几种分析方法：1)将暂态热路简化 为一阶热路，求解暂态温升热时间常数，该方法的计算误差加大；2)利用Laplace运算进行 暂态计算，该方法的计算复杂；3)采用神经网络进行导体温度推算，但需要大量可靠的数 据初始化网络结构和权值。 而以有限元为为基础的数值计算方法具有计算精度高，速度快等优点，但是需要 依据不同的敷设环境建立不同的求解域模型，灵活性，可移植性较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种高压单芯电缆在应急 负荷情况下的载流能力动态评估方法。 本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种高压单芯电缆应急负荷下的 载流能力动态评估方法，执行步骤如下： 1)构建高压单芯电缆的传热学暂态热路模型； 2)通过所述暂态热路模型确定所述暂态热路模型的阶跃电流温升表 达式以及所述阶跃电流温升表达式中的各变量值，所述阶跃电流温升表达式为其中变量％(1 = 1~4)为所述高压单芯电缆导体的暂态 温升幅值，t= 1~4)为所述高压单芯电缆导体的热时间常数，0dlj表示阶跃电流 1"的稳态分量，9JIp)表示在应急负荷电流Ip持续作用下的所述高压单芯电缆导体的稳 态温度，9 表示所述高压单芯电缆导体在初始电流Ic作用下的导体初始温度，9i(t) 表示经历时间t之后所述高压单芯电缆导体的温度； 3)令步骤2)中的0i(t) = 90°C，得到高压单芯电缆导体达到稳定限额温度所经 历的时间t，根据时间t大小对所述高压单芯电缆在应急负荷情况下的载流能力作为强弱 的定量评估结果。 上述技术方案的改进：采用归算处理对所述暂态热路模型进行简化，等效为只有 所述高压单芯电缆导体损耗作用下的二阶热路简化模型。 上述技术方案的改进：所述二阶热路简化模型中的系数矩阵A和系数矩阵B，Ci+Cs/q+Pe?Ce/q，其中Ri为所述高压单芯电缆的绝缘单位热阻、Re为所述高压单芯电缆的 外护套单位热阻；(；u为所述高压单芯电缆的导体单位热容、q为所述高压单芯电缆的绝缘 单位热容、（；为所述高压单芯电缆的金属护层单位热容，CJ%所述高压单芯电缆的外护套 单位热容；Pl为绝缘层热容分配系数，pj%外护套热容分配系数；损耗比率q= (QjQs)/Q。， 其中Q。为所述高压单芯电缆的导体单位损耗、Qi为所述高压单芯电缆的绝缘单位损耗、Qs 为所述高压单芯电缆的金属护层单位损耗。 上述技术方案的改进：Pi、的计算公式为： 式中，d。为所述高压单芯电缆的导体外径；D i为所述高压单芯导体的绝缘外径；D s 为所述高压单芯电缆的金属护层外径；队为所述高压单芯电缆的电缆外径，单位mm。 上述技术方案的改进：所述系数矩阵A与所述高压单芯电缆的内部尺寸参数有 关，所述系数矩阵B与所述高压单芯电缆的材料物性有关。 上述技术方案的改进：步骤3)中当应所述急负荷电流大于所述高压单芯电缆的 额定电流时，再令步骤2)中的0i(t) =90°C。 上述技术方案的改进：步骤1)中将高压单芯电缆分离为线芯导体、绝缘层、金属 护层、电缆外护套；所述传热学暂态热路模型含有损耗、热阻和热容；所述损耗包括导体单 位损耗Q。、绝缘单位损耗Qi、金属护层单位损耗Qs;所述热阻包括绝缘单位热阻Ri、外护套 单位热阻K表征热阻；所述热容包括导体单位热容C、绝缘单位热容Q、金属护层单位热 容Cs及外护套单位热容Ce。 本专利技术的有益效果是：本方法基于对高压单芯电缆的温升规律变化，根据不同高 压单芯电缆的内部尺寸参数以及材料物性，建立阶跃电流的温升表达式，以此来得到对应 的高压单芯电缆的应急负荷下导体温度达到稳定限额所需的时间，以此来评估该高压单芯 电缆在应急负载情况下电缆可以支撑的时间，为电力调度提供参考。 因此该方法并不需要大量的参考值以及复杂的运算便可实现高压单芯电缆的载 流能力的评估。【附图说明】 下面结合附图对本专利技术作进一步说明： 图1是本专利技术方法的原理示意图。 图2是本专利技术实施例的高压电缆暂态热路模型。 图3是图1的优化后的暂态热路模型。 图4是图3的暂态热路模型简化后的二阶热路模型。 图5是导体温度40°C时刻施加应急负荷的动态评估曲线。【具体实施方式】 本实施例的，执行步骤如 下： 1)基于传热学基本原理构建高压单芯电缆的暂态热路模型； 2)通过暂态热路模型确定暂态热路模型的阶跃电流温升表达式以及阶跃电流温 升表达式中的各变量值，阶跃电流温升表达式，5其中变量 aji= 1~4)为高压单芯电缆导体的暂态温升幅值，t= 1~4)为高压单芯电缆导体 的热时间常数，表示阶跃电流1"的稳态分量，ejlp)表示在应急负荷电流Ip持续 作用下的高压单芯电缆导体的稳态温度，9 表示高压单芯电缆导体在初始电流I。作 用下的导体初始温度，9i(t)表示经历时间t之后高压单芯电缆导体的温度； 3)令步骤2)中的0Jt) = 90°C，得到高压单芯电缆导体达到稳定限额温度所经 历的时间t，通过时间t对高压单芯电缆进行应急负荷情况下载流能力的评估。 本实施例采用归算处理对暂态热路模型进行简化，等效为只有高压单芯电缆导体 损耗作用下的二阶热路简化模型，如图4所示。 本实施例二阶热路简化模型中的系数矩阵A和系数矩阵B，? Ri= R1；R2= q *Re;C != C^+p, *C1；C2= (1-p x) C1+Cs/q+pe?Ce/q，其中民为高压单芯电缆的绝缘单位热阻、Re为高压单芯电缆的外护套单 位热阻；(；u为高压单芯电缆的导体单位热容、q为高压单芯电缆的绝缘单位热容、Cs为高压 单芯电缆的金属护层单位热容，（；为高压单芯电缆的外护套单位热容； ？1为绝缘层热容分 配系数，h为外护套热容分配系数；损耗比率q= (QJQS)/Q。，其中Q。为高压单芯电缆的导 体单位损耗、Qi为高压单芯电缆的绝缘单位损耗、Qs为高压单芯电缆的金属护层单位损耗。本实施例的Pl、pe的计算公式为： 式中，d。为高压单芯电缆的导体外径；DiS高压单芯导体的绝缘外径；DsS高压单 芯电缆的金属护层外径为高压单芯电缆的电缆外径，单位mm。 本实施例的系数矩阵A与高压单芯电缆的内部尺寸参数有关，系数矩阵B与高压 单芯电缆的材料物性有关。 本实施例的步骤3)中当应急负荷电流大于高压单芯电缆的额定电流时，再令步 骤 2)中的 0Jt) = 90°C。 本实施例的时间t时间越大，高压单芯电缆在应急负荷情况下的工作时间越长。 本实施例的时间t的值越大，高压单芯电缆在应急负荷情况下的载流能力越强。 本方法的原理如图1所示，通过推导出的评估用公式进行电缆的载流评估。 如图2所示，本实施例的步骤（1)中的所述暂态热路模型从内到外依次为：线芯导 体、绝缘层、金属护层、电缆外护套；其中损耗包括：导体单位损耗Q。、绝缘单位损耗％、金属 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压单芯电缆应急负荷下的载流能力动态评估方法，其特征在于执行步骤如下：1)构建高压单芯电缆的传热学暂态热路模型；2)通过所述暂态热路模型确定所述暂态热路模型的阶跃电流温升表达式以及所述阶跃电流温升表达式中的各变量值，所述阶跃电流温升表达式为其中变量ai(i＝1～4)为所述高压单芯电缆导体的暂态温升幅值，τi(i＝1～4)为所述高压单芯电缆导体的热时间常数，θ1(Im)表示阶跃电流Im的稳态分量，θ1(Ip)表示在应急负荷电流Ip持续作用下的所述高压单芯电缆导体的稳态温度，θ1(I0)表示所述高压单芯电缆导体在初始电流I0作用下的导体初始温度，θ1(t)表示经历时间t之后所述高压单芯电缆导体的温度；3)令步骤2)中的θ1(t)＝90℃，得到高压单芯电缆导体达到稳定限额温度所经历的时间t，根据时间t大小对所述高压单芯电缆在应急负荷情况下的载流能力作为强弱的定量评估结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈培锋，许洪华，王春宁，李超群，马宏忠，赵轩，
申请(专利权)人：江苏省电力公司南京供电公司，江苏省电力公司，国家电网公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32