一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法技术

本发明专利技术提供一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，包括：获取电缆敷设类型、运行年限和环境参数；测得电缆的几何结构参数，读取电缆上述各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数，其中环境参数、热容、热阻和电阻参数作为计算参数；根据所述计算参数和电缆的几何结构参数，建立电缆在短路电流作用下动态热积聚过程的数学模型，并根据所得电缆的热积聚过程中的温度变化以及敷设类型、运行年限制定自动重合闸策略，包括自动重合闸的延时时间和次数。本发明专利技术针填补了现有电缆自动重合闸策略应用的空白，能够根据不同电缆的运行状态制定自动重合闸策略，大大减少了人工重合闸的工作量和停电时间，切实提高了供电的可靠性。

An automatic reclosing method of cable line based on short circuit current heat accumulation process

The invention provides a cable line short-circuit current heat accumulation process automatic reclosing method based on, including obtaining the cable laying type, operation duration and environment parameters; geometric parameters measured of the cable, the cable reads the corresponding layer of heat capacity, thermal resistance and metal resistance parameters, including environmental parameters, heat capacity, thermal resistance and the resistance parameters as the calculation parameters; geometric parameters and calculation parameters according to the cable, a cable in the dynamic mathematical model of heat accumulation process under the action of the short-circuit current, and according to the temperature change of heat accumulation in the process of income as well as the laying of cable types, operating years develop auto reclosure strategy, including the delay time and the number of automatic reclosing. The needle fills the blank of the existing automatic reclosing strategy of the cable, and can automatically formulate the strategy of reclosing according to the running state of different cables, greatly reducing the workload of manual reclosing and the time of power failure, and effectively improving the reliability of power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法
本专利技术涉及高电压与绝缘
，具体涉及一种电缆线路自动重合闸方法。
技术介绍
随着城市化建设的不断加快和对供电可靠性要求的提高，架空线路改电缆已经成为一种必然的趋势。长期以来，在架空线路中广泛使用自动重合闸技术，有效地提高了供电可靠性，但是对于配电网含电缆线路是否采用自动重合闸，目前尚未形成统一认识。国家电网公司现行规程中规定电缆线路不采用自动重合闸，主要是考虑运行过程中电缆线路出现的故障一般为永久性故障，重合闸操作将带来严重的短路冲击和操作过电压，给电缆和变压器等设备带来损伤，使事故进一步扩大。但从运行部门配电线路故障分析结果来看，全电缆线路的瞬时故障仍占有一定比例，若对纯电缆线路投入自动重合闸可以有效提高供电可靠性。然而，对处于不同状态的电缆盲目进行重合闸，有可能引起电缆起火、爆炸的严重后果，不仅不能充分发挥自动重合闸提高供电可靠性的作用，还存在故障扩大、危害人身和设备安全的隐患。因此，急需根据各电缆线路的实际情况并通过科学方法决定是否重合闸。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，以解决上述技术问题。本专利技术由于其输入量仅需现有电流监测系统采集电缆发生短路故障时刻的电流，因此应用的硬件要求较低，易于推广。本专利技术能够基于现有电流监测系统和台账信息即可对电缆状态进行评分，以确定重合闸次数和延时时间。本专利技术可以有效提高电缆线路的供电可靠性，特别是在配网系统中性点接地方式由高阻接地转为低阻接地的大背景下有着极其重要的理论和实践价值。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，包括如下步骤：步骤一、监测得到相应电缆线路电缆敷设类型对应的环境参数，包括：对流换热系数а、土壤底层温度Tsoil、土壤热阻率ρ和大气实时温度Tamb；步骤二、读取电缆结构的几何参数，并根据几何参数求解电缆各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数；步骤三、建立短路电流热积聚过程的有限元计算模型，并根据数值迭代的方式计算电缆在短路电流作用下温度T(x,y,t)与时间t的变化关系；步骤四、得到电缆各区域在短路电流作用下的温度T(x,y,t)后，通过读取电缆区域最高温度Tmax配置电缆线路的自动重合闸策略。进一步的，电缆结构的几何参数包括：导体直径D1、导体屏蔽厚度δ1、绝缘厚度t1、绝缘屏蔽厚度ti2、金属屏蔽厚度ts、内护层厚度t2、铠装厚度δ和外护层厚度t3。进一步的，所述步骤三具体为：根据步骤二计算的电缆各层热容、热阻，计算得到导热系数D，并利用热容存储能力求解热扩散率K；同时，根据短路电流IF和电缆线芯电阻参数求得每一线芯的内热源发热率qv＝IF2R/S0(1)其中，S0为电缆线芯所在区域面积；R为电缆的直流电阻；根据各层结构的几何结构参数建立电缆求解区域S，其所在电缆求解区域S上一点的坐标x,y得传热公式，如式(2)所示：其中T代表电缆线芯的温度，D为各区域导热系数，K为各区域热扩散率，qv为内热源发热率；根据步骤一得到的环境参数作为式(2)求解区域S的边界条件，以此作为基础对其进行变分，得到泛函I如式(3)所示：其中，L为区域S的边界；将泛函I在区域S中分割为有限个单元，并将其离散化，得到式(4)：其中，为刚度矩阵，为热源密度矩阵，NE为单元个数，最终求解泛函I的极值求得电缆各区域在短路电流作用下的温度T(x,y,t)与时间t的变化关系。进一步的，根据所求得的在短路电流作用下的温度T(x,y,t)与时间t的变化关系的评分、敷设方式的评分、运行年限的评分，结合三者对应权重系数进行计算获得总评分，根据总评分确定重合闸延时时间及次数。进一步的，三者对应的权重系数之比为40％：40％：20％。进一步的，在短路电流作用下的温度T(x,y,t)与时间t的变化关系，利用所预期的延时时间t求解相应时刻时温度T(x,y,t)并根据得到的温度最大值Tmax查询相应的评分：Tmax的温度范围评分(-∞，90℃)100[90℃，135℃)80[135℃，250℃)60[250℃，+∞)0进一步的，根据不同敷设方式类型查询相应的评分：进一步的，根据不同运行年限查询相应的评分：运行年限评分小于5年100大于5年，小于15年80大于15年，小于25年60大于25年0进一步的，延时时间根据保护配置策略自行制定，重合闸次数制定包括：总评分重合闸次数[90，100]2[80，90)1[0，80)严禁配置自动重合闸相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过监测系统采集电缆线路发生短路故障时的电流，不仅避免了外加监测设备带来成本和安全隐患，而且还能够有效避免传统在线监测手段采集微弱电流受到外部干扰的问题。在配网系统中性点接地方式由高阻接地改为低阻接地的大背景下，电缆跳闸概率势必大大提高，采用本专利技术能够有效提高一线运维工作效率和供电可靠性，在现有各类重合闸配置策略中未有涉及。附图说明图1是本专利技术基于短路电流热积聚过程的配置重合闸方法的流程示意图；具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。参照图1，本专利技术的提供一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，包括如下步骤：步骤一、监测得到相应电缆敷设类型对应的环境参数，包括：对流换热系数а、土壤底层温度Tsoil、土壤热阻率ρ、大气实时温度Tamb；步骤二、读取电缆结构的几何参数，并根据几何参数求解各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数；步骤三、根据上述参数建立短路电流热积聚过程的有限元计算模型，并根据数值迭代的方式计算电缆在短路电流作用下温度T(x,y,t)与时间t的变化关系；步骤四、当得到电缆各区域在短路电流作用下的温度T(x,y,t)后，通过读取电缆区域最高温度Tmax配置电缆线路的自动重合闸策略。步骤二中，电缆结构的几何参数包括导体直径D1、导体屏蔽厚度δ1、绝缘厚度t1、绝缘屏蔽厚度ti2、金属屏蔽厚度ts、内护层厚度t2、铠装厚度δ、外护层厚度t3。所述步骤三具体为：根据步骤二计算的电缆各层热容、热阻，计算得到导热系数D，并利用热容存储能力求解热扩散率K。同时，根据短路电流IF和电缆线芯电阻参数求得每一线芯的内热源发热率qv＝IF2R/S0(1)其中，S0为电缆线芯所在区域面积；R为电缆的直流电阻。根据各层结构的几何结构参数建立电缆求解区域S，其所在电缆求解区域S上一点的坐标x,y可得传热公式，如式(2)所示：其中T代表电缆线芯的温度，D为各区域导热系数，K为各区域热扩散率，qv为内热源发热率；根据步骤一得到的环境参数作为式(2)求解区域S的边界条件，以此作为基础对其进行变分，得到泛函I如式(3)所示：其中，L为区域S的边界；将泛函I在区域S中分割为有限个单元，并将其离散化，得到式(4)：其中，为刚度矩阵，为热源密度矩阵，NE为单元个数，最终求解泛函I的极值即可求得电缆各区域在短路电流作用下的温度T(x,y,t)与时间t的变化关系。此后，根据所求得的在短路电流作用下的温度T(x,y,t)与时间t的变化关系以及敷设方式、运行年限的权重系数进行计算，确定重合闸延时时间及次数，三者的权重之比为40％：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、监测得到相应电缆线路电缆敷设类型对应的环境参数，包括：对流换热系数а、土壤底层温度Tsoil、土壤热阻率ρ和大气实时温度Tamb；步骤二、读取电缆结构的几何参数，并根据几何参数求解电缆各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数；步骤三、建立短路电流热积聚过程的有限元计算模型，并根据数值迭代的方式计算电缆在短路电流作用下温度T(x,y,t)与时间t的变化关系；步骤四、得到电缆各区域在短路电流作用下的温度T(x,y,t)后，通过读取电缆区域最高温度Tmax配置电缆线路的自动重合闸策略。

【技术特征摘要】
1.一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、监测得到相应电缆线路电缆敷设类型对应的环境参数，包括：对流换热系数а、土壤底层温度Tsoil、土壤热阻率ρ和大气实时温度Tamb；步骤二、读取电缆结构的几何参数，并根据几何参数求解电缆各层相应的热容、热阻以及金属部分的电阻参数；步骤三、建立短路电流热积聚过程的有限元计算模型，并根据数值迭代的方式计算电缆在短路电流作用下温度T(x,y,t)与时间t的变化关系；步骤四、得到电缆各区域在短路电流作用下的温度T(x,y,t)后，通过读取电缆区域最高温度Tmax配置电缆线路的自动重合闸策略。2.根据权利要求1所述的一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，其特征在于：电缆结构的几何参数包括：导体直径D1、导体屏蔽厚度δ1、绝缘厚度t1、绝缘屏蔽厚度ti2、金属屏蔽厚度ts、内护层厚度t2、铠装厚度δ和外护层厚度t3。3.根据权利要求1所述的一种基于短路电流热积聚过程的电缆线路自动重合闸方法，其特征在于：所述步骤三具体为：根据步骤二计算的电缆各层热容、热阻，计算得到导热系数D，并利用热容存储能力求解热扩散率K；同时，根据短路电流IF和电缆线芯电阻参数求得每一线芯的内热源发热率qv＝IF2R/S0(1)其中，S0为电缆线芯所在区域面积；R为电缆的直流电阻；根据各层结构的几何结构参数建立电缆求解区域S，其所在电缆求解区域S上一点的坐标x,y得传热公式，如式(2)所示：其中T代表电缆线芯的温度，D为各区域导热系数，K为各区域热扩散率，qv为内热源发热率；根据步骤一得到的环境参数作为式(2)求解区域S的边界条件，以此作为基础对其进行变分，得到泛函I如式(3)所示：其中，L为区域S的边界；将泛函I在区域S中分割为有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，赵艾萱，徐龙，张志华，赵学风，陈曦，李嘉明，邓军波，张冠军，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司电力科学研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11