[发明专利]一种随桥敷设电缆系统的护套感应电压及环流计算方法

说明书

本发明公开一种随桥敷设电缆系统的护套感应电压及环流计算方法，所述方法根据随桥敷设电缆系统的几何结构、基本材料参数和架空传输特性，推导得到随桥电缆系统的单位长度串联阻抗矩阵和单位长度并联导纳矩阵，确定单位长度节点导纳矩阵；根据节点约束条件，推导不同阶矩阵及同阶矩阵的级联公式，计算得到随桥电缆系统的完整节点导纳矩阵和分段节点导纳矩阵；根据边界条件和节点导纳矩阵，逐段计算电缆护套和回流导体的感应电压和环流分布。本发明方法能准确描述架空敷设环境对随桥敷设电缆系统的影响，同时考虑了线路分布参数的影响，能准确计算电缆护套和回流导体的感应电压和环流分布，为随桥电缆系统的接地设计提供了计算基础。

技术领域

本发明属于电力传输技术领域，具体涉及一种随桥敷设电缆系统的护套感应电压及环流计算方法。

背景技术

随着“全球能源互联网”战略的提出以及海洋能源工程的迅猛发展，海上风能发电和海洋油气资源开采等项目的开发规模不断扩大，近海经济快速发展，海上输电系统的建设已成为我国未来电力系统发展的关键之一。电力电缆作为新能源跨海输电系统的重要组成部分，通过桥梁敷设电力电缆相比于海底电缆敷设具有更高的经济性和运行维护可靠性，已成为跨海输电系统的优先选择。

与常规的地下电缆不同，通过跨海桥梁敷设电力电缆常常需要考虑电力电缆的接地系统对大桥钢筋结构的腐蚀作用，因而随桥敷设电缆系统的接地点非常有限，电缆金属护套上的感应电压成为接地设计中十分关键的问题。同时，由于随桥电缆系统的接地限制，常在全桥敷设回流导体，此时在电缆护套和回流导体上产生的环流也成为抑制随桥电缆电能输送容量的关键因素。

综上所述，随桥电缆的护套感应电压和环流分布十分关键，目前对此类问题的研究主要集中在地下电缆系统，而对随桥敷设电缆系统的相关研究还少有报道。此外，传统的电缆护套感应电压和环流计算方法存在以下三个问题：1)缺少架空敷设电缆的电气参数计算公式；2)没有考虑线路分布参数的影响，将电缆护套环流视为一个固定值；3)电缆护套感应电压计算模型过于简单，计算结果不够精确。因此亟需一种随桥敷设电缆系统的护套感应电压及环流计算方法，为随桥电缆系统的接地设计提供计算基础。

发明内容

本发明的目的在于解决随桥敷设电缆系统的稳态计算问题，提供一种用于计算护套感应电压和环流分布的方法。为随桥敷设电缆系统的接地方式设计，确定电缆分段长度以及降低电缆护套和回流导体损耗提供依据。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：

一种随桥敷设电缆系统的护套感应电压及环流计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据随桥敷设电缆系统的几何结构和基本材料参数，考虑架空敷设的影响，确定随桥电缆系统的单位长度串联阻抗矩阵及单位长度并联导纳矩阵；

步骤2：根据传输线电报方程，采用矩阵的级数分解确定随桥电缆系统的单位长度节点导纳矩阵；

步骤3：根据电缆系统的节点约束条件，推导同阶矩阵和不同阶矩阵的级联公式，由此得到随桥电缆系统的完整节点导纳矩阵和分段节点导纳矩阵；

步骤4：根据边界条件和节点导纳矩阵，逐段计算随桥电缆护套和回流导体的感应电压和环流分布。

在本发明的一个实施例中，所述步骤1中确定单位长度串联阻抗矩阵的具体过程如下：

首先，考虑架空敷设对电缆参数特性的影响，将随桥电缆系统分解为电缆及外部介质两部分，

然后，确定电缆部分的单位串联阻抗矩阵；

随后，确定外部介质中单位长度串联阻抗矩阵的自阻抗部分；

再者，确定外部介质中单位长度串联阻抗矩阵的互阻抗部分；

最后，得到考虑架空敷设影响的随桥电缆系统的单位长度串联阻抗矩阵。