[发明专利]一种电力电缆应急负荷时间的计算方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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θ_o、电流值I、导体温度值θ_c（t）和导体温度初值θ_c（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θ_o，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θ_c（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；