大段长高压电缆护层保护器暂态特性分析与参数优化设计

大段长高压电缆在运行时会产生过高的护层感应电压,这对电缆护层保护器的过电压防护特性提出了更高要求,因此需要针对大段长电缆护层保护器暂态特性进行分析研究。基于PSCAD仿真软件,建立了典型220 kV高压电缆线路仿真模型,得出了在短路过电压和雷击过电压情况下,高压电缆长度对护层感应电压暂态特性的影响。通过绝缘配合与能量保护相结合的方式,得到了保护器参数取值范围及电缆线路短路电流与长度的适配曲线,提出了护层保护器参数优化设计的具体方法,并进行了试验测试。测试结果表明:当电缆线路出现短路故障时,随着电缆长度的增加,护层感应电压先线性增长,随后在保护器残压阈值的限制作用下逐渐趋于"饱和"状态,现有保护器能量吸收能力难以满足大段长电缆需求;改进后的护层保护器能量吸收能力显著提升,20 k A短路电流时允许的电缆长度大幅提高,满足大段长高压电缆线路安全运行的要求。     

单芯电力电缆护层过电压保护

基于国内外相关标准 ,从电缆护层过电压保护器参数选择和电缆接地电阻要求两个方面探讨单芯电力电缆护层过电压保护技术 ,以防止雷电过电压和内部过电压造成电缆金属护层多点接地故障。     

高压单芯电缆金属护套雷电过电压仿真和参数分析

高压单芯电缆往往采用金属护套单端接地或金属护套交叉换位互联接地。当电缆受到过电压入侵时,金属护套上的过电压可能超过外护层的绝缘水平,击穿外护层。高压电缆单芯金属护套雷电过电压的仿真计算,与仿真所用模型、元件参数以及电缆的接线方式、运行方式等有关,而元件模型、参数的准确获得是非常困难的,电缆运行方式也是多种多样的。为此,在典型状况下护套雷电过电压仿真计算的基础上,对包括电缆结构、大地电阻率、侵入波波形、冲击接地电阻、电缆长度、负荷电阻的大小及性质等、模型及参数对护套雷电过电压的影响进行了分析研究,并研究了两个或更多的交叉互联大段串联以及有多回电缆出线时,电缆护套上的过电压。研究表明,电缆的结构、电缆长度、入波波形以及负荷电阻的大小和性质对金属护套过电压有较大的影响;当雷电入侵多个交叉互联大段串联的电缆导体时,应在各绝缘接头处加护层保护器;并联出线越多,其护套上的过电压越低。     

高压电缆操作过电压作用下护层电压和保护器通流容量的确定

本文介绍高压电缆在运行中除由于工频短路和雷电冲击引起护层过电压外,还可能在系统操作时出现护层过电压,此过电压的能量必然通过护层保护器释放。因此,在选择保护器通流容量要计及上述情况。     

110kV电缆护层连接方式对护层过电压的影响

针对某建成电缆线路的护层保护器在单相接地短路情况下发生爆炸的事故,计算单相接地短路时某110kV线路三相单芯电缆线路的护层过电压。讨论了不同护层保护方式对单相接地短路情况下护层感应电压的影响。计算发现,护层连接方式改变时,护层感应电压的幅值和沿电缆分布有很大改变。采用加回流线的保护措施以后,能使最危险点的护层工频过电压从7 kV降低至<3 kV。     

交叉互联高压电缆护层保护器故障对同回路两端护层电流相量差的影响

高压电缆护层保护器故障对同护层回路两端护层电流相量差的影响规律是制定护层接地故障判据的理论基础。为识别护层保护器故障，在器件级别构建了电容和非线性电阻并联的护层保护器故障等效电路，在系统级别构建了三相9段交叉互联电缆在护层保护器正常和故障时的数学物理模型，推导了护层保护器故障阻抗与同护层回路两端直接接地点护层电流相量差的传递函数。以110 kV电缆为仿真案例，结果表明：同回路两端护层电流相量差既可以区分正常和故障状态，又可以区分不同位置护层保护器金属性接地故障；护层电流相量差相角对金属性接地和低阻接地敏感，同回路首端和末端护层保护器发生100Ω接地故障时，护层电流相量差相角偏差范围分别为17.9°～24.9°和33.4°～51.1°；216Ω接地故障时护层电流相量差相角偏差范围分别为9.4°～13.6°和12.4°～17.5°。护层电流相量差受电缆3小段不等长和相电流影响显著，受地阻抗和相电压波动影响不显著。     

电缆金属护层环流的计算分析

<正>目前,交联聚乙烯绝缘电缆已广泛应用于电网中,对于高压线路,一般采用单芯交联聚乙烯绝缘电缆。当电缆长度较长时,金属护层中会产生较高的感应电压,电缆金属护层一般采用交叉互联接地的方式,将交叉互联段两端的感应电压控制在规定值以内。在正常运行情况下,电缆金属护套上会产生环流。当金属护套环流过大时,会使     

基于护层电流构建新型判据的高压输电电缆在线监测

为及时发现高压电缆交叉互联接地系统中的故障问题,基于电缆金属护层首末两端的接地电流,构造了一种新型判据来实现电缆故障的分类与定位。该方法通过测量电缆交叉互联主段首末两端直接接地箱中金属护层接地电流的幅值与相位,并以同一金属护层回路首末两端接地电流幅值与相位的比值、以不同金属护层回路首末两端接地电流相位差的绝对值构造新的特征量,根据多维特征融合建立故障判据对应的特征量矩阵,以此进行故障诊断。分析了电缆中间接头开路、交叉互联接地箱进水和中间接头短路等常见的电缆故障,并通过仿真验证了新型故障判据的可行性,为高压电缆线路故障的在线监测提供了新的方法。     

基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距

高压电缆常见的接地方式是交叉互联接地,而交叉互联接地电缆故障时的测距相比单端接地或两端直接接地的电缆情况更为复杂,为此提出了基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距方法。首先,采集护层故障前后环流,构建不同电缆区段特征电流,判断故障发生区段;其次,考虑电缆金属护层对线芯的耦合作用和线路电容影响,建立交叉互联电缆的故障稳态等效阻抗模型,利用电缆首末两端线芯和护层的电压、电流推算电缆故障发生时不同区段沿线电压、电流,并基于同一位置电压相量对电缆参数进行修正;然后,利用故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性建立以故障距离为未知数的测距方程,采用二分法或弦截法等方法迭代计算求解得到故障点;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电缆故障模型,分析了故障距离、故障类型、过渡电阻、故障初相角等因素对故障测距方法的影响。结果表明,该方法的测距误差为0.4%左右,具有较高的准确性和有效性,对交叉互联接地电缆进行故障测距有一定的参考意义。     

基于阻性电流和护层电流的交叉互联电缆绝缘监测及诊断

长距离高压电缆采用三相金属护层交叉互联的接地方式减小金属护层中的感应电压，这种交叉互联方式给电缆绝缘在线监测及诊断带来了困惑。因此，提出一种基于阻性电流和护层电流分析的电缆绝缘在线监测及诊断方法，给出泄漏电流与护层电流分离的公式推导，并得到从泄漏电流中分离出阻性电流的计算公式。运用MATLAB/Simulink平台建立三相电缆的等效模型，对方法进行了仿真验证，同时搭建三相电缆实验模型，分别对交叉互联电缆绝缘劣化、护层回路开路、中间接头护层击穿这3类典型故障进行实验研究。结果表明：实现了对交叉互联后每一段电缆绝缘状况的在线监测及诊断；配合安装在同轴电缆上的电流传感器的测量电流，能够实现对金属护层开路、中间接头击穿故障的诊断；实现了对不同类型电缆故障的诊断及故障位置的确定，同时也验证了方法的正确性和可行性。     

单芯电力电缆护层绝缘水平下降对保护器额定电压的影响*

由于长期运行及环境变化等因素的影响,单芯电力电缆外护层绝缘水平随着运行时间的增加而普遍降低,因此需重新进行护层保护器设计和选型。电缆运行时,护层保护器需耐受在护层上产生的操作过电压,并在雷击过电压入侵时准确动作。为避免护层保护器在操作过电压作用下的误动作,便于工程应用,基于现有的高压试验数据,首先研究了电缆绝缘寿命理论曲线的绝缘水平下降规律,在此基础上修正了保护器额定电压与操作过电压的绝缘配合系数,并设计保护器选型MATLAB小程序。该研究成果具有一定的理论和工程应用价值。     

高速铁路馈线电缆雷电过电压及防护措施EI北大核心CSCD

高速铁路中雷电流是造成电缆绝缘破坏的一个重要因素,当输电线路遭受雷击时,雷电流将通过线路与电力电缆的连接点侵入电缆,并造成电缆主绝缘和护层绝缘的破坏。因此利用PSCAD/EMTDC软件建立单芯电缆的暂态分析模型,仿真分析了雷击点位置、避雷器、电缆护层保护器、电缆并联根数的影响。分析结果表明:雷电流幅值越大,离雷击点距离越近,雷电过电压越大;当雷击点与电缆接头处的距离小于100 m时,会在电缆线芯与护层上产生数十万V的电压,足以破坏电缆绝缘。此时需要加装避雷器与电缆护层保护器将电缆线芯和电缆护层的雷电过电压限制在其残压内,同时可以增加电缆并联根数来降低线芯电流与护层电压,以提高电缆的绝缘水平和供电可靠性。     

高速铁路馈线电缆雷电过电压及防护措施

高速铁路中雷电流是造成电缆绝缘破坏的一个重要因素,当输电线路遭受雷击时,雷电流将通过线路与电力电缆的连接点侵入电缆,并造成电缆主绝缘和护层绝缘的破坏。因此利用PSCAD/EMTDC软件建立单芯电缆的暂态分析模型,仿真分析了雷击点位置、避雷器、电缆护层保护器、电缆并联根数的影响。分析结果表明:雷电流幅值越大,离雷击点距离越近,雷电过电压越大;当雷击点与电缆接头处的距离小于100 m时,会在电缆线芯与护层上产生数十万V的电压,足以破坏电缆绝缘。此时需要加装避雷器与电缆护层保护器将电缆线芯和电缆护层的雷电过电压限制在其残压内,同时可以增加电缆并联根数来降低线芯电流与护层电压,以提高电缆的绝缘水平和供电可靠性。     

27. 5 kV 电缆金属护层雷击特性的建模与仿真

基于行波理论,通过仿真计算不同分段情况下27.5 kV电缆分布式参数等效模型上雷电流波传播的速度,对比验证模型的准确性。通过理论计算确定金属护层装设护层保护器的必要性和护层保护器装设在首端的合理性。在此基础上,采用仿真软件研究雷电流波经接触网入侵电缆线芯时电缆长度、金属护层末端接地电阻和线芯末端阻抗对金属护层雷击感应电压的影响。结果表明,长度约为800 m的电缆其金属护层雷击感应电压最大值的平均值最小;接地电阻在2.5～3Ω内时,电缆金属护层雷击感应电压最大值的平均值最小,且均低于25 kV,当接地电阻超过5Ω时,外护套冲击耐受电压小于电缆金属护层雷击感应电压最大值,可导致外护套击穿;当接有较大容性阻抗或电缆末端短路,外护套冲击耐受电压远小于金属护层雷击感应电压,而接有较大感性阻抗或电缆末端开路时,金属护层雷击感应电压低于外护套冲击耐受电压。     

高压电缆护层的冲击过电压

当单芯电缆采用全属护套一端接地的方式运行时,不接地的一端将会出现过电压。关于护层工频过电压的计算及降低护层所受工频过电压的措施已在文〔1〕中讨论。本文将讨论有关冲击过电压的问题。一、护层过电压的初步估算及何护器安装地点的确定为确定保护器的安装地点,让我们先来计算波沿电缆线芯袭来时护层所受的冲击过电压。在带有金属护套的电缆中,电缆的线芯和金属护套构成了平行多导体。因此波在带有金     

牵引电缆金属护层的雷击感应电压

基于牵引电缆结构分析了电缆金属护层感应电压产生机理,探讨了雷电流对于金属护层对地电压的影响。在此基础上,利用电磁暂态仿真软件构建了牵引供电系统、牵引电缆以及雷电流模型,仿真分析了AT供电方式下避雷器接地和牵引电缆接地对雷击感应电压的影响。结果表明,当避雷器的接地电阻小于5Ω并且电缆在靠近接触网一端安装护层保护器时,电缆金属护层的雷击感应电压低于外护套冲击耐受电压。     

主变空载合闸引起的电缆护层过电压分析

变压器空载合闸过程中由于电磁振荡产生过电压,若系统中存在高压电缆,电缆内部过电压耦合到电缆护层造成护层上电压较高,护层过电压与电缆布置方式和护层接地方式有关。文中针对白莲河抽水蓄能电站主变空载合闸时,电缆端部有异常放电声,并可见放电火花的现象,对主变空载合闸时系统产生的过电压进行测量,并对放电现象进行观测;同时采用ATP/EMTP软件计算空载合闸过电压耦合到电缆护层上的过电压大小。测量结果表明:空载合闸时主变侧过电压值并不大,进而计算得到放电处护层过电压最大值为21.49 kV,频率在600 kHz以内,大于过电压保护器动作电压,高频电流注入地网造成电缆支架处地电位升击穿其和护层绝缘间空气间隙。     

500kV XLPE海底电缆线路的暂态电压及绝缘配合研究

基于舟山混联输电线路工程,应用PSCAD/EMTDC软件,建模仿真研究了500 kV交联聚乙烯海底电缆绝缘和内(绝缘)护层上的各类暂态电压和绝缘配合问题,计算了断路器合闸操作、断路器重击穿和雷电流侵入时电缆绝缘及内护层上暂态电压的分布特性,分析了短路及故障电流、电缆中间段金属护套与铠装短接、电缆接地体阻抗等对电缆内护层感应电压的影响。结果表明:操作空载线路和最大雷电流侵入在电缆绝缘上可分别产生最高850 kV的操作暂态过电压和1 230 kV雷电暂态过电压,通过在断路器上加装合闸电阻和(或)在电缆上并联合适电抗器可以有效限制操作暂态电压;单相金属性短路故障和最大雷电流侵入在电缆内护层可分别产生最高7.5 kV和11.4 kV的暂态电压,电缆中间段金属护套与铠装短接方式可减小电缆内护层上约1/3的暂态电压,而电缆两端三相集中接地体的阻抗对电缆内护层上暂态电压的影响可忽略,各种暂态下电缆绝缘和内护层的绝缘配合满足500 kV电缆的相关标准要求。     

单芯电力电缆金属护层过电压保护器参数设计

针对高压单芯电力电缆金属护层接地方式和金属护层过电压导致电力电缆线路载流量急剧下降,甚至发生运行故障,而目前国内外还没有如何合理选取单芯电力电缆金属护层过电压保护器参数相关标准或规程的现状,依据GB50217《电力工程电缆设计规范》、DL/T401《高压电缆选用导则》和DL/T5221《城市电力电缆线路设计技术规定》标准,结合大量现场运行经验和事故原因分析结果,采用理论计算和试验验证相结合的研究方法,探讨了单芯电力电缆金属护层过电压保护器参数的优化设计。理论计算和试验验证结果表明:设计的电缆金属护层保护器的8/20μs标称放电电流和标称放电电流下的残压等电性参数符合相关标准的技术要求,能够满足单芯电力电缆线路金属套过电压保护和保护接地持续安全可靠运行的实际需要。     

变电所进线单芯35kV交联聚乙烯绝缘电缆护层过电压的计算和保护

阐述了 35 k V单芯交联聚乙烯 (XL PE)绝缘电缆作为变电所进线时 ,电缆护层应采取保护措施 ,以及在此种保护方式条件下 ,对冲击电压产生的护层过电压和系统短路产生的工频过电压进行了分析和计算 ,并对护层过电压保护器作了简要介绍。