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回路間距對(duì)電力電纜短路電動(dòng)力的影響分析 |
| 發(fā)布時(shí)間：2024-05-14 文章來(lái)源：本站 瀏覽次數(shù)：1092 |
| 為有效降低短路電動(dòng)力對(duì)電纜和金具的損害，科學(xué)合理地確定電纜的回路間距，本文采用電磁耦合有限元法對(duì)高壓大截面電纜短路電動(dòng)力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析。文中建立單、雙回路下水平敷設(shè)和品型敷設(shè)的電纜三相短路電磁耦合有限元模型，計(jì)算并分析了短路電動(dòng)力在時(shí)間和空間上的變化；分析得到了雙回路水平和品型敷設(shè)下三相短路電動(dòng)力最大值隨回路間距變化的方程。結(jié)果表明，雙回路短路電動(dòng)力與回路間距滿(mǎn)足特定函數(shù)關(guān)系，且存在一個(gè)電動(dòng)力變化斜率的拐點(diǎn)，可根據(jù)該拐點(diǎn)確定回路間距。文中研究可為電纜短路電動(dòng)力理論研究和工程設(shè)計(jì)施工提供理論和技術(shù)支撐。隨著近年來(lái)電力線(xiàn)纜的輸送電壓等級(jí)越來(lái)越高，輸電容量越來(lái)越大，高壓大截面電纜在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在隧道中，高壓大截面電纜一般采用蛇形敷設(shè)，以降低電纜熱脹冷縮量，有效緩解電纜的機(jī)械效應(yīng)帶來(lái)的危害。電纜三相之間采用水平或品型排列方式，水平敷設(shè)電纜之間有一定相間距，有利于熱量的散發(fā)；品型敷設(shè)電纜的三相緊靠在一起，有利于降低金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓。隨著隧道內(nèi)敷設(shè)的電纜回路數(shù)不斷增加，各相產(chǎn)生的電磁場(chǎng)彼此相互影響，使得電纜的電動(dòng)力分析變得更為復(fù)雜。電纜系統(tǒng)中常見(jiàn)的短路故障有三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路。三相短路故障造成的后果比其他類(lèi)型更為嚴(yán)重，短路電流可達(dá)正常工作電流的十倍以上。通電導(dǎo)體處在交變電磁場(chǎng)中，受到巨大的電動(dòng)力，電纜將在交變電動(dòng)力作用下產(chǎn)生振動(dòng)。若電纜及附件的機(jī)械強(qiáng)度不足，可能會(huì)導(dǎo)致纜體、接頭以及夾具產(chǎn)生較大的機(jī)械應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)將摧毀整條輸電線(xiàn)路，因此準(zhǔn)確分析計(jì)算高壓大截面電纜的電動(dòng)力可以為電纜敷設(shè)和金具設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，以避免故障的發(fā)生。高壓大截面電纜通常采用水平和品型兩種敷設(shè)方式，一條電纜隧道中可以包含雙回路、三回路等多種回路。文中以圖1所示ZC-YJLW02型交流330kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜為研究對(duì)象，該電纜導(dǎo)體的標(biāo)稱(chēng)截面為2500mm²。電纜運(yùn)行過(guò)程中受到的短路電動(dòng)力是短路電流下導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的，電纜的其他層結(jié)構(gòu)對(duì)電動(dòng)力數(shù)值結(jié)果影響很小，因此將厚度較小的導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽合并到性能相近的交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣層，最終建立具有五層結(jié)構(gòu)的電纜電磁有限元模型，其分別為銅導(dǎo)體層、XLPE絕緣層、緩沖阻水層、鋁護(hù)套層以及外護(hù)套層。結(jié)合西安某段高壓大截面電纜在隧道中實(shí)際敷設(shè)情況，設(shè)置電纜的跨距為6m，電纜軸向?yàn)榇怪鄙咝谓Y(jié)構(gòu)，波峰到波谷的距離為0.26m，建立的三相水平和品型電纜模型如圖2所示。電纜電磁計(jì)算所用材料參數(shù)見(jiàn)表1。短路電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在空間中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，考慮到矢量磁位在空間中的衰減，在電纜周?chē)O(shè)置足夠的計(jì)算域，以保證短路電動(dòng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性。計(jì)算域的材料為空氣，設(shè)置計(jì)算域外邊界處矢量磁位為0(第一類(lèi)邊界條件)，電纜端面與計(jì)算域交界處邊界設(shè)為磁絕緣。短路電動(dòng)力求解為瞬態(tài)電磁特性分析，設(shè)置求解終止時(shí)間為60ms，即包含3個(gè)周波，步長(zhǎng)為0.4ms。在交變電流下，須考慮導(dǎo)體集膚效應(yīng)對(duì)電動(dòng)力計(jì)算的影響。為了保證計(jì)算的速度和準(zhǔn)確性，采用軟件自適應(yīng)剖分和手工設(shè)定剖分尺寸相結(jié)合的方式，對(duì)電纜剖分較密的網(wǎng)格，對(duì)計(jì)算域剖分相對(duì)稀疏的網(wǎng)格，如圖3所示。圖3 電纜水平和品型敷設(shè)時(shí)網(wǎng)格的劃分本文采用電磁耦合有限元法建立了水平和品型敷設(shè)高壓大截面電纜的電動(dòng)力模型，分析了三相短路下兩種敷設(shè)方式的電磁分布和短路電動(dòng)力特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了回路間距對(duì)雙回路電纜短路電動(dòng)力的影響，得出如下結(jié)論：(一) 三相短路發(fā)生后，在電纜徑向空間維度上，導(dǎo)體表面處磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，向外逐漸衰減，在時(shí)間維度上，磁場(chǎng)成振蕩衰減，在時(shí)空?qǐng)D上體現(xiàn)為重復(fù)出現(xiàn)的馬鞍形曲面；在電纜軸向上，磁場(chǎng)強(qiáng)度不變。電纜所受的短路電動(dòng)力隨時(shí)間呈周期性變化，周期與工頻周期近似成倍數(shù)關(guān)系，短路電動(dòng)力峰值隨著周期的增加逐步衰減。水平和品型敷設(shè)電纜短路電動(dòng)力最大值分別出現(xiàn)在B相和A相。(二) 在雙回路水平敷設(shè)電纜中，電動(dòng)力與回路間距成指數(shù)關(guān)系，隨著回路間距的增加，電動(dòng)力先是急劇下降，隨后趨于平緩，可以找到一個(gè)拐點(diǎn)，該點(diǎn)可作為回路間距折中值的參考；對(duì)于雙回路品型敷設(shè)電纜的電動(dòng)力與回路間距的變化，用同樣方法也可找到拐點(diǎn)。針對(duì)ZC-YJLW02型交流330kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，綜合考慮短路電動(dòng)力和隧道利用率，建議水平敷設(shè)雙回路間距不小于800mm，品型敷設(shè)雙回路間距不小于600mm。 |
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