分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法及分层绝缘导体电缆的载流量评估方法技术

本发明专利技术公开一种分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法及分层绝缘导体电缆的载流量评估方法，通过研究其它结构导体样品Sr与ks之间存在的线性关系，来根据分层绝缘导体可测量计算的Sr反推分层绝缘导体的ks值，进而用于分层绝缘导体的交直流电阻比计算，以及载流量评估。可用于分层绝缘导体的交流电阻计算，计算方便快速，可为分层绝缘导体的优化设计和性能校核提供理论依据。同时本发明专利技术可对分层绝缘导体电缆进行载流能力评估，保障载流量计算结果的准确性，减少导体应用时因载流量偏差带来的输电成本。

Determination method of AC / DC resistance ratio of layered insulating conductor and evaluation method of current carrying capacity of layered insulating conductor cable

【技术实现步骤摘要】
分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法及分层绝缘导体电缆的载流量评估方法
本专利技术涉及输电线路、电力电缆载流能力研究
，特别是一种分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法，及分层绝缘导体电缆的载流量评估方法。
技术介绍
集肤效应亦称趋肤效应，是指当交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大的一种现象。这种现象称“集肤效应”。集肤效应使导体的有效电阻增加，在低频电流流过细导线时，集肤效应可不加考虑，但频率越高、导体截面越大集肤效应就越不可忽略。特别是在800mm2以上的大截面电缆导体中的集肤效应是造成交流电阻大幅高于直流电阻的主要原因。海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，交联聚乙烯绝缘交流海底电缆具有传输容量高、安装方便、无敷设落差限制、运行维护简单等优点，因而已基本取代第一代充油海底电缆。海底电缆因要采取导体阻水措施，在电缆导体截面较大时，无法采取有效措施降低集肤效应和邻近效应，交流电阻最大可达到直流电阻的160％，造成大截面海底电缆的运行损耗较大。分层绝缘导体由于采取了漆包线与裸铜单丝分层绞合的技术，从而可降低导体的集肤效应，使交流电阻得到有效降低。但截至目前并未有文献报道分层绝缘导体的交流电阻的计算方法。虽然交直流电阻比可通过交流电阻测试得到，但目前测试方法不统一，结果的准确性有待验证。如若采用传统测量方法，以1800mm2导体为例，则交流电阻将被高估16％，同时交直流电阻比是计算电缆载流量的基础数据，一旦不准确，将无法知道电缆的额定运行载流量，载流量被低估意味着电网输电效率的降低，单位时间内输送的电能降低，造成电能浪费，输电经济性降低而输电成本提高。因此分层绝缘导体的交直流电阻比理论计算就显得很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法及分层绝缘导体电缆的载流量评估方法，可用于分层绝缘导体的交流电阻计算，计算方便快速，可为分层绝缘导体的优化设计和性能校核提供理论依据。同时本专利技术可对分层绝缘导体电缆进行载流能力评估，保障载流量计算结果的准确性，减少导体应用时因载流量偏差带来的输电成本。本专利技术采取的技术方案为：一种分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法，包括：S1，获取多个导体样品的Sr和ks数据，Sr为导体径向直流电导与轴向直流电导的比值，ks为导体集肤效应因数的修正系数；S2，基于多个导体样品的Sr和ks数据，利用最小二乘法对Sr与ks进行线性拟合，得到Sr与ks的函数关系；S3，对于待确定交直流电阻比的分层绝缘导体，计算其Sr理论值；S4，根据Sr与ks的函数关系，基于Sr理论值计算ks理论值；S5，基于计算得到的ks理论值，计算集肤效应因数；S6，基于计算得到的集肤效应因数，计算分层绝缘导体的交直流电阻比。参考IEC60287-1-1标准中，针对不同材质不同结构导体的ks经验值推荐，当我们认为相同截面积，不同结构形式的导体的ks值的差异，来源于导体径向表面电导的不同时，则可通过对其它结构导体样品的Sr与ks的关系来反推分层绝缘导体的ks值，进而可用于分层绝缘导体的交直流电阻比计算，以及载流量评估。优选的，S1中，所述导体样品包括全漆包线单丝绞合导体和全裸铜单丝绞合导体。由于分层绝缘导体为裸铜单丝与漆包单丝的绞合体，故分层绝缘导体的ks与全漆包单丝绞合导体和全裸铜单丝绞合导体的ks的相关性较大，利用这两种导体样品得到的Sr与ks的函数关系也更加能够贴合分层绝缘导体实际。优选的，S1中，导体样品的Sr值为实际测试值，导体样品的ks值根据以下公式计算得到：其中，为导体样品实测集肤效应因数，Racc为导体样品交流电阻测试值，R'c为导体样品直流电阻测试值；β为中间参数，且f为导体样品工作电压频率，R'为20℃时导体样品直流电阻。Sr实际测试值即为导体样品径向直流电导测试值与轴向直流电导测试值的比值，具体测试方法为取一段导体样品，去除导体表面的氧化层及绕包半导电层露出导体，然后分别测试该段导体的径向直流电导和轴向直流电导，然后计算两者的比值。优选的，S2中，Sr与ks的线性关系为：ks＝l+q×Sr，其中，l为最小二乘线性拟合的截距，q为最小二乘线性拟合的斜率。优选的，S3中，所述待确定交直流电阻比的分层绝缘导体，其Sr理论值计算公式为：其中，α1为Sr理论值与实测值的修正系数，n为分层绝缘导体中裸铜单丝的根数，m表示漆包单丝的根数。本专利技术中，修正系数α1取值范围为0～1之间，优选为0.55。根据CIGRE文件中的实测数据选取，用于修正Sr理论计算值与实测值之间的偏差，为较优的经验值。优选的，S5中，分层绝缘导体的集肤效应因数为：其中，xs2为中间参数，且S6中，忽略邻近效应，待确定的分层绝缘导体的交直流电阻比即：Rac/Rdc＝1+ys(9)其中，Rac为分层绝缘导体的交流电阻，Rdc为分层绝缘导体的直流电阻，可对应不同的运行温度分别直接测得。如20℃时，直流电阻Rdc＝R0'，则有20℃时，Rac＝R0'·(1+ys)。本专利技术还公开一种基于前述分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法的分层绝缘导体电缆载流量评估方法，包括：利用前述分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法，确定分层绝缘导体的交直流电阻比；基于分层绝缘导体的直流电阻以及已确定的交直流电阻比，计算分层绝缘导体电缆的交流电阻；计算分层绝缘导体电缆的电能损耗，电能损耗包括介质损耗、金属护套损耗因数和铠装损耗因数；计算分层绝缘导体电缆的热阻，热阻包括绝缘热阻、内衬层或隔离套热阻，以及外护层热阻；基于计算得到的分层绝缘导体电缆的交流电阻、电能损耗和热阻，评估分层绝缘导体电缆的载流量。本专利技术对于各种电能损耗以及热阻的计算分别可采用现有技术。优选的，对于海底土壤中敷设的分层绝缘导体电缆，电缆的载流量I计算公式为：其中，Δθc为导体最高运行温度与环境温度的温差，Wd为介质损耗，T1为绝缘热阻，T2为内衬层或隔离套热阻，T3为外护层热阻，T4为海底土壤热阻，Rac'为导体最高运行温度下的交流电阻；λ1为金属护套损耗因数，λ2为铠装损耗因数。根据公式Rac/Rdc＝1+ys，有Rac'＝Rdc'(1+ys)，则Rdc'即为最高运行温度下的直流电阻。导体运行于最高温度θc下的直流电阻Rdc'为：Rdc'＝R0'×[1+α×(θc-20)](11)其中，α为导体温度系数，对于铜导体，根据IEC-287-1-1标准，α＝0.00393/℃。前文已有描述，20℃时，分层绝缘导体的直流电阻R0'可直接测得。有益效果本专利技术分层绝缘导体交直流电阻比确定方法，克服了现有方法无法准确评估含有分层绝缘导体电缆载流量的缺陷。方法过程计算方便，可对设计中的分层绝缘导体进行快速的交直流电阻比的理论计算，为分层绝缘导体的优化设计和性能校核提供了理论依据。同时，本专利技术基于分层绝缘导体交直流电阻比确定方法，提出的分层绝缘导体电缆载流量评估方法，使得分层绝缘导体在应用于电力电缆时，能准确获取理论计算的载流量数据，进而使分层绝缘导体的节能降损效果得到体现，为用户高效利用分层绝缘导体电缆的高载流量提供理论依据，可避免因载流量浪费而造成的损失。附图说明图1所示为本专利技术分层绝缘导体交直流电阻比确定以及载流量评估本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法，其特征是：包括：S1，获取多个导体样品的Sr和ks数据，Sr为导体径向直流电导与轴向直流电导的比值，ks为导体集肤效应因数的修正系数；S2，基于多个导体样品的Sr和ks数据，利用最小二乘法对Sr与ks进行线性拟合，得到Sr与ks的函数关系；S3，对于待确定交直流电阻比的分层绝缘导体，计算其Sr理论值；S4，根据Sr与ks的函数关系，基于Sr理论值计算ks理论值；S5，基于计算得到的ks理论值，计算集肤效应因数；S6，基于计算得到的集肤效应因数，计算分层绝缘导体的交直流电阻比。

【技术特征摘要】
1.一种分层绝缘导体的交直流电阻比确定方法，其特征是：包括：S1，获取多个导体样品的Sr和ks数据，Sr为导体径向直流电导与轴向直流电导的比值，ks为导体集肤效应因数的修正系数；S2，基于多个导体样品的Sr和ks数据，利用最小二乘法对Sr与ks进行线性拟合，得到Sr与ks的函数关系；S3，对于待确定交直流电阻比的分层绝缘导体，计算其Sr理论值；S4，根据Sr与ks的函数关系，基于Sr理论值计算ks理论值；S5，基于计算得到的ks理论值，计算集肤效应因数；S6，基于计算得到的集肤效应因数，计算分层绝缘导体的交直流电阻比。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S1中，所述导体样品包括全漆包线单丝绞合导体和全裸铜单丝绞合导体。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S1中，导体样品的Sr值为实际测试值，导体样品的ks值根据以下公式计算得到：其中，为导体样品实测集肤效应因数，Racc为导体样品交流电阻测试值，R'c为导体样品直流电阻测试值；β为中间参数，且f为导体样品工作电压频率，R'为20℃时导体样品直流电阻。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S2中，Sr与ks的线性关系为：ks＝l+q×Sr，其中，l为最小二乘线性拟合的截距，q为最小二乘线性拟合的斜率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S3中，所述待确定交直流电阻比的分层绝缘导体，其Sr理论值计算公式为：其中，α1为Sr理论值与实测值的修正系数，n为分层绝缘导体中裸铜单丝的根数，m表示漆包单丝的根数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：修正系数α1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江贞星，杨黎明，胡列翔，王晓建，朱智恩，郑海，王少华，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，南瑞集团有限公司，国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33