一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法技术

本发明专利技术提供一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：确定护层保护器额定电压、起始动作电压、残压和方波通流容量的取值范围；计算在最大能量吸收能力一定时短路电流与电缆长度的关系曲线，由此计算在一定短路电流情况下所允许的最大电缆长度值，判断能量吸收能力是否满足大段长电缆要求；如果能量吸收能力不能满足大段长电缆要求，则提高通流能力。本发明专利技术优点在于：1)参数设计方法简便有效，可以根据不同的电压等级与电缆长度进行相应的参数设计；2)安全可靠性高，参数设计结合了绝缘配合与能量吸收原则，使护层保护器可靠动作，保障了线路运行安全；3)可以广泛应用于高压电缆线路的接地保护系统。

【技术实现步骤摘要】
一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法
本专利技术属于输变电设备
，具体涉及一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法。
技术介绍
高压电缆是城市输配电系统的重要组成部分，近年来随着城市电网的快速发展，高压电力电缆的敷设长度不断增长。高压电缆接头是电缆线路运行最薄弱的环节，数量众多的接头显著增加了工程造价成本，同时还增大了电缆线路的安全隐患。提高单段电缆的长度，在一定程度上可以减少接头数量、节约工程成本、降低故障率、提高工程质量。因此，大段长高压电缆得到了越来越广泛的应用。大段长高压电缆在运行时会产生过高的护层感应电压，在短路过电压或雷击过电压的情况下尤为明显，对电缆线路的安全运行造成了严重威胁，因而需要通过护层保护器对电缆金属护层的感应电压进行限制。在单端接地的电缆线路中，可以在不接地端安装护层保护器来限制感应电压。在交叉互联的电缆线路中，可以在绝缘接头处安装护层保护器来限制感应电压的大小。护层保护器额定电压过低会导致动作频繁而减少使用寿命，额定电压过高则会降低保护效果，不利于线路过电压保护。传统护层保护器参数主要依据绝缘配合来设计，然而在大段长电缆运行过程中，经常因为产生的能量超过护层保护器吸收能力导致护层保护器严重发热甚至爆炸，危害电缆线路正常运行，能量吸收能力是衡量护层保护器性能的重要指标，因此护层保护器设计必须考虑其能量吸收能力。大段长电缆护层保护器选型对线路安全运行有非常重要的影响，需要设计合适的护层保护器参数。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于绝缘配合与能量吸收相结合的大段长高压电缆护层保护器参数设计方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：确定护层保护器额定电压、起始动作电压、残压和方波通流容量的取值范围；第二步：计算在最大能量吸收能力一定时短路电流与电缆长度的关系曲线，由此计算在一定短路电流情况下所允许的最大电缆长度值，判断能量吸收能力是否满足大段长电缆要求；第三步：如果能量吸收能力不能满足大段长电缆要求，则提高通流能力。进一步的，确定护层保护器额定电压、起始动作电压的取值范围包括：计算额定电压Ur与起始动作电压U1mAUr＝Up/K(1)式(1)中，Up为短路事故中电缆感应电压最大值；K为护层保护器工频电压配合系数。进一步的，确定残压的取值范围包括：根据起始动作电压取值范围和残压比得到残压的取值范围，起始动作电压、残压比与残压之间的计算公式为：在式(4)中，Kr为残压比，Ures为残压，U1mA为起始动作电压。进一步的，确定方波通流容量的取值范围包括：根据不同电压等级确定相应的护层保护器方波通流容量值。进一步的，计算在最大能量吸收能力一定时短路电流与电缆长度的关系曲线包括：计算护层保护器吸收能量W：式(5)中，工频短路电流从t1到t2的持续时间为高压断路器动作反应时间，在雷电流直击线路情况下从t1到t2为单次雷击流的持续时间，u(t)为护层保护器电压，i(t)为流过护层保护器的电流；计算护层保护器最大能量吸收能力：Em＝UresImt(6)式(6)中Ures为护层保护器标称放电电流下的残压，Im为2ms方波通流能力，t为方波通流时间；计算短路情况下电缆护层感应电压与电缆长度的关系：式(3)中，U为电缆护层感应电压；R为接地电阻；Rg为大地电阻；rs为电缆金属护层半径；L为电缆长度；De为地中电流穿透深度，IF为单相接地故障电流；根据式(3)(5)(6)得到在最大能量吸收能力一定时，短路电流I与电缆长度L的关系曲线：进一步的，提高通流能力包括以下三种方式之一：a)额定电压不变，提高通流能力；b)通流能力不变，提高额定电压；c)额定电压与通流能力同时提高。本专利技术的优点在于：1)参数设计与优化方法简便有效，可以根据不同的电压等级与电缆长度进行相应的参数设计，根据额定电压与通流能力二方面进行参数优化；2)安全可靠性高，参数设计结合了绝缘配合与能量吸收二大原则，使护层保护器在过电压或过能量情况下均可可靠动作，保障了线路运行安全；3)可以广泛应用于高压电缆线路的接地保护系统。具体实施方式本专利技术通过以下技术方案实现：第一步：基于绝缘配合确定参数范围1)额定电压Ur与起始动作电压U1mAUr＝Up/K(1)式(1)中，Up为短路事故中电缆感应过电压最大值；K为护层保护器工频电压配合系数。根据电缆护层绝缘耐受能力和护层保护器动作情况的不同，K值可取1.1～1.3。K值越大，保护水平越低，对电缆护层过电压保护越有利。短路情况下电缆护层感应电压与电缆长度的关系如式(3)所示式(3)中U为护层感应电压；R为接地电阻；Rg为大地电阻；rs为电缆金属护层半径；L为电缆长度；De为地中电流穿透深度，IF为单相接地故障电流。表1不同电压等级高压电缆线路中最大短路电流值线路电压等级/kV最大短路电流/kA11020220503306350097根据电网标准规定，不同电压等级电缆线路的最大短路电流如表1所示，将不同线路电压等级下的最大短路电流替换式(3)中的IF带入式(3)，可以得到短路事故中护层感应电压最大值Up与电缆长度的关系。取定护层保护器系数K，由式(1)可以得到护层保护器额定电压取值范围与长度的关系。当电缆金属护层上感应电压过大，电缆护层保护器应在超过电缆护层的绝缘水平之前进行可靠动作。基于电缆护层的绝缘水平随着时间推移会逐渐下降，电缆护层保护器选择时，护层保护器起始动作电压U1mA应低于运行中的电缆护层的工频耐受电压。电缆护层绝缘耐受电压如表2所示。表2电缆护层绝缘耐受电压值(kV)再结合式(2)，由此可以得到护层保护器起始动作电压取值范围与电缆长度的关系。综上，可以根据具体的电缆长度确定护层保护器额定电压与起始动作电压的取值范围。接下来将进一步确定残压与通流容量的取值范围。2)残压护层保护器的残压越低，钳制的电位越低，对保护电缆护层绝缘不受过电压破坏越有利。根据高压电缆选用导则，护层保护器通过冲击电流时的残压乘以1.4后，应低于电缆护层绝缘的冲击耐压值，因此不同额定电压等级的电缆允许残压范围如表2所示。然后实际选取护层保护器时，需根据残压比计算关系对残压进行进一步限制。残压比计算公式为：其中Kr为残压比，Ures为残压，U1mA为起始动作电压。目前Kr取值为1.6-1.9，在Kr取定的情况下，由上一步确定的起始动作电压取值范围，结合(4)式，可进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步：确定护层保护器额定电压、起始动作电压、残压和方波通流容量的取值范围；/n第二步：计算在最大能量吸收能力一定时短路电流与电缆长度的关系曲线，由此计算在一定短路电流情况下所允许的最大电缆长度值，判断能量吸收能力是否满足大段长电缆要求；/n第三步：如果能量吸收能力不能满足大段长电缆要求，则提高通流能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种大段长高压电缆护层保护器参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：确定护层保护器额定电压、起始动作电压、残压和方波通流容量的取值范围；
第二步：计算在最大能量吸收能力一定时短路电流与电缆长度的关系曲线，由此计算在一定短路电流情况下所允许的最大电缆长度值，判断能量吸收能力是否满足大段长电缆要求；
第三步：如果能量吸收能力不能满足大段长电缆要求，则提高通流能力。


2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述确定护层保护器额定电压、起始动作电压的取值范围包括：
计算额定电压Ur与起始动作电压U1mA
Ur＝Up/K(1)



式(1)中，Up为短路事故中电缆感应电压最大值；K为护层保护器工频电压配合系数。


3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述确定残压的取值范围包括：
根据起始动作电压取值范围和残压比得到残压的取值范围，起始动作电压、残压比与残压之间的计算公式为：
在式(4)中，Kr为残压比，Ures为残压，U1mA为起始动作电压。


4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述确定方波通流容量的取值范围包括：
根据不同电压等级确定相应的护层保护器方波通流容量值。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：何光华，顾志强，付松林，李江成，沈煜，张志坚，徐骏，李建英，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32