一种电力电缆应急负荷时间的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种电力电缆应急负荷时间的计算方法，包括以下步骤：a）计算电缆线路发生故障时的交流电阻R、环境温度θo、电流值I、导体温度值θc（t）和导体温度初值θc（0+）；b）计算电缆导体在应急负荷时间t=6τ以后的温度值；c)由应急负荷时间的表达式得到应急负荷时间t的计算公式。具有为电缆线路突发情况下的抢修任务提供时间依据等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电缆应急负荷时间的计算方法
本专利技术涉及一种电力系统中时间的计算技术，特别涉及一种电力电缆应急负荷时间的计算方法。
技术介绍
电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费的各环节组成的一个整体，与国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的关系，因此，保证电力系统的正常运行至关重要。然而在电力系统中，由于事故或者是其他原因不可避免的会出现短路或者是一回路断开情况，此时负荷将完全由另一回路承载。在这种突发情况下，能否知道应急负荷时间对抢修人员的抢修任务的成败有重要作用。所以通过对应急负荷时间的计算以达到为抢修任务的完成提供时间依据具有重要意义。随着经济的发展，城市电网更多的使用电力电缆进行输配电。一般，电网的日负荷特性为双峰特性，在峰值期间电网能否承载过负荷，是否需要拉闸限电取决于线路的承载能力。据统计，电网处于峰值运行的时间为2至3小时，如果在这段时间里电缆导体的温度不会超过90度，那么电缆线路完全可以承载这些负荷而不必进行特殊操作。另外，电缆线路发生N-1故障时，其余线路能否承担全部负荷，或能否在抢修期间正常运行，这些都涉及电缆应急负荷时间的计算。目前，电缆短时过电流的研究比较少。电缆因接地故障(短路)在极短时间(几秒)内承受的短路电流可根据IEC-949(1988)及IEC-987(1989)的标准确定。实际操作中由于各种原因，确定电缆短期负载电流目前还未有成熟的标准，用严格的数学方法计算太复杂，其公式也不符合工程计算的要求。有文献利用有限元法和有限差分法将地下电缆群暂态过程分为离散的时间步，然后利用有限元法分析每一时间步的地下电缆群温度场分布，给出了土壤直埋电缆群的暂态温度场分布，在此基础上，利用牛顿迭代法计算了土壤直埋电缆群的短时载流量。部分文献综合了空气、直埋两种敷设下电力电缆短期允许负载电流的计算方法，研究了其中土壤划分区域个数的选择、短时负载前电缆非满载运行下导体温度的确定等问题并参考载流量计算中相关参数的确定方式，给出了电缆在直埋更换回填土以及水泥槽中管道敷设情况下的短期负载电流计算公式，并以简单计算验证其正确性。这些研究只针对短路情况下过电流的计算，而针对其他应急情况，如发生N-1故障或者用电高峰情况，却很少有研究，而一旦发生这种情况，电缆可以运行的时间对于电网调度和电力抢修意义重大。若由于某种原因电缆负荷突然增大，且会导致导体温度超过90℃，将电缆从负荷开始增大到导体温度达到90℃的时间定义为电缆的应急负荷时间，电缆应急负荷时间与电流之间的关系式称为应急负荷表达式；若确定好应急负荷时间，例如1小时，将使导体温度在1小时后达到90℃的电流定义为电缆应急电流。根据暂态热路模型即可推导出应急负荷时间、应急电流的计算公式。科学合理地计算出应急负荷时间、应急电流，将合理地指导电力单位进行工程实践。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电力电缆应急负荷时间的计算方法，该方法通过已提供的判别依据和计算方法，能够计算出应急负荷时间，从而为突发情况下的应急任务提供时间依据。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种电力电缆应急负荷时间的计算方法，包括以下步骤：a）计算电路发生故障时的交流电阻R、环境温度θo、电流值I、导体温度值θc（t）和导体温度初值θc（0+）；所述交流电阻R根据交流电阻公式（交流电阻即导体通过交流电时，导体对交流电产生阻碍，该电阻即为交流电阻）计算出，所述环境温度θo，所述电流值I通过在线监测（所谓在线监测，即通过装在生产线和设备上的各类监测仪表，对生产及设备的温度、电流等信号进行连续自动监测并上传至接收端，称在线监测。）得到，导体温度初值θc（0+）根据电缆暂态热路模型（该模型中包含材料的热阻与热容参数，热路可以对应电路，热阻、热容可以对应电路中的电阻、电容。）计算得到；b）计算电缆导体在应急负荷时间t=6τ以后的温度值θ（τ）即：将时间t=6τ代入电缆暂态热路模型，计算电缆导体在时间为6τ之后的导体温度值，并进行判断：当θ（6τ）＜90℃时，则判断应急负荷时间t趋向于无穷大；当θ（6τ）＞90℃，则开始计算应急负荷时间t；所述τ表示电力电缆的热时间常数，所述τ的计算表达式为：τ=TC，式中，T表示电缆本体和环境的热阻之和，T的单位为k·m/W；C表示电缆本体和环境的热容之和，C的单位为J/K；c)由应急负荷时间的表达式得到应急负荷时间t的计算公式。所述步骤b）中，计算所述应急负荷时间t的公式的计算步骤如下：A、令Q=(1+λ2+λ5)Q1，式中，Q表示总损耗，所述总损耗是指电缆导体损耗、介质损耗、铝护套损耗和铠装损耗的总和，Q1为导体损耗且Q1=I2R，则：Q=(1+λ2+λ5)I2R，式中，I表示电缆运行电流，R表示交流电阻，λ2和λ5分别表示介损与铝护套、铠装损耗与导体损耗的比例系数；θc（t）和θo（t）分别表示导体温度和环境温度，所述导体温度θc（t）根据电缆暂态热路模型计算所得，所述环境温度θo（t）在线测得；B、建立热平衡方程：式中，Q表示总损耗；C表示电缆本体和环境的热容之和；T表示表示电缆本体和环境的热阻之和；θc（t）和θo（t）分别表示导体温度和环境温度；t表示时间；求得所述热平衡方程的通解：θc(t)=QT+θo(t)+Ae-t/Tc，(2)式中，，θc（t）和θo（t）分别表示导体温度和环境温度；Q表示总损耗；A为方程（2）中的需要求解的未知参量；t表示时间；T表示电缆本体和环境的热阻之和；C电缆本体和环境的热容之和；TC为具有时间的量纲，也称时间常数，用τ表示；C、令初始时刻：t=0且θc(0)=θc(0+)，则得出上式（2）中的A，所述导体温度的表达式为：θc(t)=QT+θo(t)+(θc(0+)-QT-θo(t))e-t/τ，(3)把（3）式代入总损耗Q的表达式：Q=(1+λ2+λ5)I2R，可得：θc(t)=(1+λ2+λ5)I2RT+θo(t)+(θc(0+)-(1+λ2+λ5)I2RT-θo(t))e-t/τ，(4)式(4)为电缆导体温升的表达式，在其余参数都确定的情况下，它是一个导体温度关于时间的函数，根据应急负荷时间的定义，当导体温度θc(t)=90℃时，则由式(4)求得应急负荷时间的表达式。所述步骤b）中，所述计算电缆导体在时间点t=6τ的温度值的方法为：将t=6τ代入（1）式中，得到：θc(6τ)=(1+λ2+λ5)I2RT+θo(0+)+(θc(0+)-(1+λ2+λ5)I2RT-θo(0+))e-6，式中，θc(6τ)表示电缆导体在时间点t=6τ的温度值；θc(0+)表示导体温度初值；θo(0+)表示环境温度初值；τ=TC，为具有时间的量纲，也称为时间常数；λ2和λ5分别表示电缆介损与铝护套和铠装损耗；I表示电流；R表示交流电阻；T表示电缆本体与环境部分热阻；C表示电缆本体与环境部分热容；如果θc（6τ）＜90℃，则应急负荷时间t趋向无穷大；当θ（6τ）＞90℃，则计算应急负荷时间t；所述步骤c)中，所述应急负荷时间的表达式为：...

【技术保护点】
一种电力电缆应急负荷时间的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：a）计算电缆线路发生故障时的交流电阻R、环境温度θo、电流值I、导体温度值θc（t）和导体温度初值θc（0+）；所述交流电阻R根据交流电阻公式计算出，所述环境温度θo，所述电流值I通过在线监测得到，导体温度初值θc（0+）根据电缆暂态热路模型计算得到；b）计算电缆导体在应急负荷时间t=6τ以后的温度值；即：将时间t=6τ代入电缆暂态热路模型，计算电缆导体在时间为6τ之后的导体温度值，并根据判据进行判断：当θ（6τ）＜90℃时，则判断应急负荷时间t趋向于无穷大；当θ（6τ）＞90℃时，则开始计算应急负荷时间t；所述τ表示电力电缆的热时间常数，所述τ的计算表达式为：τ=TC，式中，T表示电缆本体和环境的热阻之和，T的单位为k·m/W；C表示电缆本体和环境的热容之和，C的单位为J/K；c)由应急负荷时间的表达式得到应急负荷时间t的计算公式。

【技术特征摘要】
1.一种电力电缆应急负荷时间的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：a)计算电缆线路发生故障时的交流电阻R、环境温度θo、电流值I、导体温度值θc和导体温度初值θc(0+)；所述交流电阻R根据交流电阻公式计算出，所述环境温度θo、所述电流值I通过在线监测得到，导体温度初值θc(0+)根据电缆暂态热路模型计算得到；b)计算电缆导体在应急负荷时间t＝6τ以后的温度值；即：将时间t＝6τ代入电缆暂态热路模型，计算电缆导体在时间为6τ之后的导体温度值，并根据判据进行判断：当θc(6τ)＜90℃时，则判断应急负荷时间t趋向于无穷大；当θc(6τ)＞90℃时，则开始计算应急负荷时间t；所述θc(6τ)表示电缆导体在时间点t＝6τ的温度值，所述τ表示电力电缆的热时间常数，所述τ的计算表达式为：τ＝TC，式中，T表示电缆本体和环境的热阻之和，T的单位为k·m/W；C表示电缆本体和环境的热容之和，C的单位为J/K；c)由应急负荷时间的表达式得到应急负荷时间t的计算公式，所述应急负荷时间的表达式：其中，θc(t)和θo(t)分别表示导体温度和环境温度；t表示时间；θc(0+)表示导体温度初值；θo(0+)表示环境温度初值；τ＝TC，为具有时间的量纲；I表示电流；R表示交流电阻；λ2和λ5分别表示介损与铝护套损耗、铠装损耗与导体损耗的比例系数。2.根据权利要求1所述的电力电缆应急负荷时间的计算方法，其特征在于，所述步骤c)中，计算所述应急负荷时间t的公式的计算步骤如下：A、令Q＝(1+λ2+λ5)Q1，式中，Q表示总损耗，所述总损耗是指电缆导体损耗、介质损耗、铝护套损耗和铠装损耗的总和，铝护套用来与介损做比例的特征量为铝护套损耗，Q1为导体损耗且Q1＝I2R，则：Q＝(1+λ2+λ5)I2R，式中，I表示电缆运行电流，R表示交流电阻，λ2和λ5分别表示介损与铝护套损耗、铠装损耗与导体损耗的比例系数；θc(t)和θo(t)分别表示导体温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，周凡，黄云，叶晓君，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：