架空电缆（精选八篇）
架空电缆 篇1
1 概述
以某110 k V架空和电缆混合输电线路工程为例, 架空线路长1.7 km, 电缆线路长4.8 km。导线采用中强度全铝合金绞线JLHA3-340, 电缆采用铜单芯交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套聚氯乙烯外护套电力电缆YJLW02-64/110-1×630。
传统电缆与架空线路连接方式为:通过液压耐张线夹及其引流板, 将导线与引流线接通, 再采用普通铜铝过渡线夹, 将引流线的另一端与电缆终端头接通, 从而形成导线与电缆的电气连接。
为了提高电缆与架空线路连接的可靠性、便宜性, 本文从以下几个方面进行研究和优化设计: (1) 防止雷击架空线路形成的雷电侵入波危害电缆和站内设备的措施; (2) 减少电气连接点, 降低接触电阻, 增强电气连接的可靠性; (3) 提高施工便宜性, 缩短施工停电时间。
2 雷电波侵入的特性和防护
2.1 冲击特性长度
电缆线路的一端与架空线相连。当雷电冲击波在电缆线路中传播时, 沿线各点电压并不相等。最高电压总是发生在电缆末端, 最高电压的值与电缆长度有关。根据行波过程分析, 如果电缆长度大于波尾长度, 则电缆和变压器承受的过电压将不会超过架空线上入射波的几分之一或电缆入射波的2倍。
当电缆长度l等于某一长度l0时, 电缆中受到最大的冲击电压等于架空线上的入射波幅值。这个长度l0被称为电缆线路的冲击特性长度。
2.2 防护措施
本工程电缆线路长度远大于冲击特性长度, 电缆的冲击绝缘水平能满足系统绝缘配合要求。为限制入侵的雷电波幅值, 需在架空与电缆接通处安装一组氧化锌避雷器。护层过电压采用护层电压限制器加以保护。另外, 根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 (DL/T620—1997) 中规定:“与架空线路相连接的长度超过50 m的电缆, 应在其两端装设阀式避雷器或保护间隙”。因此, 除架空与电缆接通处安装一组氧化锌避雷器外, 推荐变电站进行GIS设计时亦考虑避雷器。
3 电气连接优化方案
3.1 电接触
电流从一个导体传向另一个导体, 导体间的接触处称为电接触。按结构形式不同, 电接触分为固定电接触、滑动和滚动电接触和可分合电接触三种。按接触面积大小不同, 电接触又可分为点接触、线接触和面接触三种。本文研究的电缆与架空连接处的电接触均属固定电接触, 且为面接触。
3.2 接触电阻
电接触处存在的附加电阻被称为接触电阻。
任何用肉眼看来磨得非常光滑的金属表面, 实际上都是粗糙不平的, 当两金属表面互相接触时, 只有少数凸出的点发生真正的接触, 其中仅仅一小部分金属接触或准金属接触的斑点才能导电。当电流通过这些很小的导电斑点时, 电流线必然会发生收缩现象 (如图1所示) 。
电流线收缩, 使电流路径增长, 有效导电面积减小, 所以电阻值相应增大。由电流线收缩而形成的附加电阻被称为收缩电阻。
如果实际接触面之间的薄膜能导电, 则当电流通过薄膜时的另一附加电阻, 被称为膜电阻。
接触电阻理论计算公式为:
式 (1) 中:σ——膜的隧道电阻率, Ω·m2;
ρ——接触元件材料的电阻率, Ω·m;
ap——n个导电斑点半径的平均值, m。
由于式中n和ap获取困难, 所以工程上接触电阻一般采用以下经验公式进行计算:
式 (2) 中:K——与材料的电阻率和硬度有关的系数, 可查曲线获取;
m——接触面变形有关的系数, 面接触m=1;
F——接触力, N。
3.3 电气连接优化措施
在本工程连接处元件材料确定的情况下, 降低接触电阻有以下途径: (1) 增大导电斑点数量和平均半径。可通过增大接触面积和界面压力达到。 (2) 增加导电膜, 减少绝缘膜, 减小隧道电阻率。可通过选择合适的镀层实现。 (3) 对于整个电缆与架空的连接而言, 还应减少载流通道的电接触次数。
根据上述途径, 本文采取了以下电气连接优化措施: (1) 采用新型户外终端连接金具, 将传统的铜铝过渡设备线夹与电缆终端出线端子单面连接改为双面连接, 增大接触面积, 并采用4孔螺栓, 提高电接触界面压力。 (2) 合理选择镀层, 可采用搪锡或镀银。银不易氧化 (但大气中有臭氧存在时氧化成Ag2O, Ag2O易于清除, 且在200℃时即分解) , 不易形成绝缘膜, 可有效降低接触电阻。 (3) 采用预绞式耐张线夹, 去除普通液压线夹将导线和引流线连接的3次电接触 (导线与压接管、压接管与引流板、引流板和引流线) , 将传统引接方法的5次电接触减少为2次 (导线与铜铝过渡线夹、线夹与终端头出线杆) , 减少60%的电接触次数, 提高了可靠性。
4 提高连接设计施工便宜性的措施
传统普通液压耐张线夹连接方式工艺复杂, 压接设备笨重, 压接工作需要培训合格的熟练压接工操作, 压接质量容易受人为因素影响。此外, 此方式施工时间长, 对已有线路进行改接、改造时, 增加了停电时间。
本工程推荐采用预绞丝耐张金具。预绞式金具具有安装简便、快捷, 徒手安装不需要安装工具, 重量轻、携带运输方便的特点, 从而提高了金具的安装速度, 减低工人的劳动强度, 提高劳动效率。一般情况下, 熟练工人安装一个预绞式金具只需几分钟。由于是徒手安装, 目测就可检查安装质量, 杜绝了因安装工人使用工具而造成的安装不一致的情况。
5 结束语
在电缆与架空连接处安装避雷器, 限制雷电波幅值。采用护层电压限制器, 限制电缆护层过电压。户外电缆终端头处的铜铝过渡连接金具由单面连接改为双面连接, 增大接触面积, 同时采用4孔螺栓连接, 增大电接触界面压力, 从而减小接触电阻, 提高连接电气性能。电接触面采用搪锡或镀银工艺, 减少界面绝缘膜, 进一步减小接触电阻, 提高连接电气性能。采用预绞丝耐张线夹, 减少了60%的电缆与架空线路连接的电接触次数, 提高可靠性和电气性能;同时, 安装简便, 质量易控, 施工周期短, 缩短了停电时间。
参考文献
低压架空绝缘电缆的选型分析 篇2
低压架空绝缘电缆的选型分析
目前低压电网改造工程已经启动，低压架空绝缘电缆可选用五种电缆料，选择哪一种好，看法不一。针对这种情况，从稳定提高电网工程质量，使之经得起历史考验原则出发，通过总结长期研究经验，进行经济技术综合分析，提出在低压架空绝缘电缆中选用的聚乙烯如果不交联还不如选用耐候型聚氯乙烯好的结论。
1.引言
1kV及以下架空绝缘电缆用电缆料一般有三种：耐侯型聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。选用哪种电缆合适，是当今电网改造和建设中值得研究的问题。这三种电缆料，如果单纯从技术性能看，最优者当属交联聚乙烯，其次是耐候型聚氯乙烯，再次是聚乙烯。由于交联聚乙烯价格高，它只能用在特殊要求场合，所以，最常用的场合应首选耐候型聚氯乙烯。如果用普通型（非交联）聚乙烯还不如采用耐候型聚氯乙烯，对于这种认识形成的缘由，我想先回顾亲身研制经历再进行经济技术综合分析，本着实事求是认真负责的态度与同行们进行讨论。
2.低压电网绝缘化的历史回顾
2.1国外早期开发情况
日本是在1961年开始开发架空绝缘电缆的，据1976年日本九家电力公司统计，低压架空绝缘线缆已敷设101800km，电网绝缘化率达到76%。低压架空电缆料多采用耐候型聚氯乙烯（OW型），也有采用聚乙烯的，但多是交联聚乙烯。
美国在1971年就制定了70℃～90℃600V的架空绝缘线缆国家标准，低压网多数使用耐候型聚氯乙烯电缆。
瑞典、法国、芬兰、德国等欧洲发达国家早在60年代初就开始研究生产架空绝缘电缆，并且在金具研究方面积累了丰富经验，使组装件逐渐系列化。对我国架空绝缘电缆的金具开发起到了重要借鉴作用。
2.2国内低压架空绝缘电缆的开发
辽宁沈阳地区对低压架空绝缘电缆的开发在全国是比较早的。1983年我随同沈阳市科委组织的技术考察团去日本考察，在日本城乡看到电网绝缘化程度很高，低压电网见不到裸电线，多半是黑色耐候型聚氯乙烯绝缘电缆。日本专家说，在低压架空绝缘电缆中，聚乙烯如果不交联还是耐候型聚氯乙烯电缆好。我们到日本吉野川电线株式会社聚氯乙烯绝缘电缆料生产车间参观，我特意带回电缆料样品回国。经剖析后，会同哈尔滨电工学院及抚顺塑料一厂等三家联合研制。用近两年时间于1986年研制成功。由抚顺塑料一厂生产耐候型聚氯乙烯电缆料，沈阳电线厂生产架空聚氯乙烯绝缘电缆，经省级鉴定认为达到了国际同类产品水平（日本JIS3340－1980（OW）型，德国DIN47720－1970NFYW型）。从1986年开始，沈阳电业局及辽宁省城乡低压电网开始大量敷设耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆，为我国电网绝缘化工作起到了率先垂范作用。与此同时，这项工作也受到东北电管局、省农电局
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领导及有关同志的重视，积极在低压网推广应用耐候型聚氯乙烯绝缘线缆。所以辽宁是全国较早开发较多应用架空聚氯乙烯绝缘电缆省份之一。到了80年代末，全国电线电缆行业形成了架空绝缘电缆生产热。上海电缆研究所于1990年参考各地企业标准，编写了国家标准GB12527－90。根据实践，作者先后在1986年和1988年的《电线电缆》杂志上发表论文，重点阐述了耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆的研制与应用情况。1986年～1998年12年期间低压架空绝缘电缆技术虽然逐步成熟并推向全国，但由于在重发电轻用电思想指导下，电力资金很少用到电网改造上，电网绝缘化水平仍然很低，电网改造工作任重而道远。1998年夏秋之交，国家才把电力资金使用重点转移到电网改造和建设上，从而迎来了电网改造工程和建设的巨大发展，牵动了电线电缆行业等相关配套行业的大发展，积累了十多年制造低压架空绝电缆经验和能力的各生产企业得以有用武之地。
3.低压架空绝缘电缆目前应首选耐侯型聚氯乙烯绝缘
三种低压架空绝缘电缆料从经济技术全面分析来看，交联聚乙烯在目前经济条件不十分宽裕情况下，用在特别重要场合比较合适。关于其它两种电缆料：耐候型聚氯乙烯和聚乙烯，建议目前应首选耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料，其主要理由如下。
3.1耐侯型聚氯乙烯绝缘电线电缆已有30年架空运行的历史
架空绝缘电缆与其它电缆电缆相比最突出的特点是耐大气老化，这一点是一般电线电缆不具备的。大气老化因素很苛刻，最主要因素是太阳光紫外线，其它因素有雨、雪、冰雹、风沙、高温、低温、烟雾、鸟粪、化学物质、树干枝叶摩擦、风力摇摆等机械外力。长期暴露在太阳光下，紫外线对高分子材料破坏力很强，易出现分子链断开、表面变色和龟裂等现象。如不采取有效措施，高分子材料是很难抵抗大气因素常年累月侵袭破坏的。
耐大气老化性能如何，除了实验室内人工气候老化试验外，最有信服力的是长期架空敷设运行实践验证。在我国只有耐候型聚氯乙烯绝缘电缆架空敷设历史最长，并且没有发现变色和龟裂现象，所以可放心使用。
机械工业部上海电缆研究所李养珠高级工程师早在60年代就从事电线电缆大气老化性能试验研究工作。她于1968年在哈尔滨太阳岛、齐齐哈尔市和海南岛等具有代表性地方，把各种颜色的聚氯乙烯绝缘电线电缆敷设在太阳光下，并一直定期观察测试，发现黑色聚氯乙烯绝缘电线耐候性最好，没有变色龟裂，敷设16年后的1984年，她编写了一份极有价值的“橡塑布电线定点运行试验研究报告”，并在《电线电缆》杂志上发表，为我国架空绝缘电缆正确选择材料提供了十分重要的实践根据。我们所从事的架空绝缘电缆的研究工作是在上述的试验研究工作成果的启发下进行的，特别是通过1983年去日本技术考察后了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯绝缘电缆的实际应用情况，使我们对耐候型聚氯乙烯绝缘电缆更增强了信心。我们在过去所开发的耐候型聚氯乙烯电缆料在配方上做了两点重大改进，都是针对提高耐大气老化性能而采取的，比文献到中所述的聚氯乙烯绝缘电线电缆耐大气老化性能更好。这种性能的提高标志着时代在进步。
抚顺塑料一厂自1986年以来，已累计生产耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料18000t，用户遍及东北、华北。其中包括黑龙江省最北部边境地区、青岛沿海地带、山西内陆等多风沙地区。通过十多年使用实践证明从未发生老化变色龟裂等质量问题。
聚乙烯存在着环境应力开裂问题，这是因为聚乙烯存在内应力，会随着使用环境条件变化而产生
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开裂现象。当采用熔融指数为2.0的聚乙烯作电缆护套时，在电缆弯曲半径较小，并接触到一些诸如洗涤剂、化学试剂、肥皂水等化学物质时，常会使护套发生开裂。为改善聚乙烯耐环境应力开裂性能，应采用熔融指数O.3以下，分子量分布不太宽的中密度聚乙烯。聚乙烯还有一个特点：在挤出时，熔融指数越大越易挤出，工艺温度宽，但不耐环境应力开裂；相反，熔融指数越小越不好挤出，表面易粗糙，但耐环境应力开裂性能优。所以，在选料时一定要严格按标准选用熔融指数小的聚乙烯，不能为了顺利挤出而选用熔融指数偏大的聚乙烯料，万一聚乙烯绝缘架空电缆表面出现环境应力开裂现象，将会严重损坏电网工程质量，影响极坏。
交联聚乙烯耐大气老化性能好。这是由于它的分子结构所决定的。由于交联过程把聚乙烯分子的线性状态通过交联剂搭桥变成了网状结构，大分子链间上下左右紧密联结在一起，增强了抵抗外力破坏的能力，再加上光屏蔽剂和抗氧剂等作用，我们就不再担心交联聚乙烯耐大气老化能力。
有人认为中高压电缆用交联聚乙烯，那么低压电缆最好用聚乙烯，这种认识是不妥的。因为高压电缆用的聚乙烯是交联聚乙烯，与聚乙烯有本质区别。聚乙烯除了存在耐环境应力开裂问题外，还存在不可忽视的机械强度低、软化温度低、受热易变形、阻燃性能不好等问题。
3.2聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好
低压电线电缆绝缘设计原则主要考虑绝缘的机械性能。我们所研究的对象是低压电网用电线电缆，机械性能好坏应是绝缘料性能的重点。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好，从这点出发应首选聚氯乙烯。GB12527－90标准中规定，聚氯乙烯张强度为12.5MPa。抚顺塑料一厂聚氯乙烯电缆料抗张强度实测值达到20MPa左右。聚乙烯抗张强度在标准中规定10MPa，低于聚氯乙烯，实测值只有14MPa左右，比聚氯乙烯实测值低很多。在实际使用中电工都有明显感觉。在架设线路中．电缆在地上托时，聚氯乙烯电缆不易被托破和起毛，而聚乙烯则相反，容易被托破和起毛。在与金具接触承受压力以及树干枝叶接触摩擦时，聚氯乙烯由于机械强度高而不易被压坏和磨坏。平时我们用指甲在聚氯乙烯电缆表面不易划出沟痕，而聚乙烯由于强度低，很容易用指甲划出沟痕，这足以说明聚乙烯机械强度低。
3.3聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好
聚氯乙烯燃烧时去掉火源后很快会自熄，而聚乙烯则不能，会继续燃烧下去，这是因为聚氯乙烯分子中含有卤族氯原子，所以能阻燃。据介绍东北某一农村低压电网不慎起火。火源扑灭后，绝缘电缆却继续漫延燃烧，烧坏了不少塑料大棚，引起了民事纠纷，经查绝缘电缆材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃剂是有一定难度的：一是提高成本，二是相容性差，降低绝缘性能。在GB12527－90标准中只对阻燃性能好的聚氯乙烯绝缘电缆规定了不延燃性要求，而对另两种阻燃性能不好的电缆（聚乙烯、交联聚乙烯）没有此项要求。这一点在修订标准时应予以考虑。
3.4聚氯乙烯比聚乙烯软化温度不，过教能力强
聚氯乙烯软化温度：160℃～180℃，过载能力比聚乙烯要强很多，聚乙烯软化温度：110℃～125℃。当电路过载时温度上升，聚乙烯首先软化变形，导致绝缘破坏，特别是在与金具接触以及其它受到压力的地方更容易蠕变而发生事故。
3.5关于绝缘性能
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聚乙烯用到10kV以上中高压电缆中可更大发挥绝缘性能好的优点，而在1kV及以下低压电线电缆中聚氯乙烯绝缘能力是足够的，国内外1kV及以下低压电线电缆绝缘材料除橡皮外绝大多数是聚氯乙烯，而聚乙烯多用于通信电缆和中高压电缆。
3.6关于耐水性能
从塑料材料总体看，耐水性能（即不吸水性）都很好。但塑料分类中聚乙烯耐水性是一流的。聚氯乙烯耐水性能虽然很好，但相比之下，不如聚乙烯。然而在几百伏的低压电网中聚氯乙烯的耐水性是足够的。这是因为低压架空绝缘电缆使用在空中，接触水的机会不多，就连经常接触潮湿和水的农用理地电缆（JB2171－85标准NLVV型）系列中都有聚氯乙烯绝缘电缆。难道用于低压架空的绝缘电缆还能怀疑聚氯乙烯绝缘的耐水性能吗？
3.7关于耐低温性能
聚乙烯的耐低温能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯绝缘电缆在实际使用十多年过程中被证明能适应我国低温地区环境，在黑龙江省边境地区使用多年，很受欢迎，据反映从未发生低温脆裂现象。这是因为耐候型聚氯乙烯配方设计中已考虑到低温问题。采取技术措施后，它已不同于一般聚氯乙烯，而是经过外增塑改性的聚氯乙烯，所以能够适应我国北方低温环境需要，北方多年敷设实践也充分证明了这一点。
3.8关于电缆料价格分析
生产电缆企业选购电缆料以重量计价进厂，而卖出电缆是以长度计价出厂，所以评价不同电缆料价格应该采用体积价格法进行比较才有可比性。所谓体积价格就是用电缆料的重量价格乘以其密度之积，乘积低者，说明电缆料体积价格低。按上述方法计算出的目前市场两种电缆料体积价格相近。
3.9对于低压电网，聚氯乙烯的绝缘能力是足够的应该指出1kV及以下电网聚氯乙烯绝缘能力是足够的。自50年代塑料线被逐步普及推广以来，日常用电线除了橡皮线外几乎都是聚氯乙烯电线，国内外行业专家对低压电缆选择绝缘材料时从未怀疑过聚氯乙烯的绝缘能力。因为10kV以上中高压架空电缆采用的是交联聚乙烯绝缘而要求低压电网一定要用聚乙烯绝缘是缺乏全面分析的。
4.结论
（1）低压架空聚氯乙烯绝缘电缆通过理论分析和30多年长期敷设实践证明，具有耐大气老化性能好、机械强度高、耐托、耐磨、阻燃性好等优点，绝缘能力及耐水性能等都能满足低压电网要求。因此，应成为低压电网改造用首选产品。
（2）低压架空交联聚乙烯绝缘电缆具有优异的绝缘性能、机械性能、耐热不变形性能。但由于价格高，建议在当前经济条件下，用在特殊要求场合下较为合适。
架空电缆 篇3
【关键词】电线电缆；使用寿命；缆载流量
0.引言
随着现代社会主义市场经济的不断完善，社会经济的不断发展，带来了技术的不断创新、发展。同时也对电缆行业的技术要求越来越高。在电线电缆市场中，电缆的规格品种较多。客户在选用电缆时，对电缆的各种性能不大了解。不同型号规格的电缆有什么区别。所以本人对JKLYJ架空绝缘电缆与B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆的区别作如下的论述。
1.JKLYJ架空绝缘电缆与B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆的区别
1.1导体
JKLYJ架空绝缘电缆线芯大多采用硬导体，机械性能较好，抗拉强度大。而B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆线芯用的软导体，机械性能及抗拉强度不如JKLYJ型架空绝缘电缆强。从架空敷设角度分析，JKLYJ型架空绝缘电缆较适合用于户外架空敷设。
1.2导体紧压与非紧压形结构
JKLYJ型架空绝缘电缆线芯大多采用紧压型结构，B（L）V型聚氯乙烯绝缘电缆线芯用非紧压形结构。紧压型导体比非紧压形导体硬，这一点对架空绝缘电缆和用于架空敷设的B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆都很重要，因为紧压形导体机械性能好，抗拉强度大。从电缆的户外架空敷设来讲，紧压形架空绝缘是比较理想的选择。对于同一型号规格的电缆产品来讲，由于紧压形导体的几何外径小，电缆其它材料的用量少，对电缆的防水十分有利。
1.3 JKLYJ架空绝缘电缆与B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆的使用寿命
两种电缆的使用寿命可以通过对不同材料分子的结构性质来分析说明。JKLYJ架空绝缘线缆的绝缘采用温水可交联硅烷聚乙烯（XLPE）塑料。材料的分子结构如图1所示：
由图1，交联聚乙烯是由线型分子结构的聚乙烯树脂通过温水交联转变成体型三维网状结构。同时热塑性塑料转变成不熔的热固性塑料。正因为结构的转变，从而提高了塑料绝缘层的耐热形变性，改善了高温下的力学性能，改进了耐环境应力龟裂与耐热老化的性能，增强了耐化学稳定和耐溶剂性。基本保持了原来的电气性能。所以使用交联聚乙烯绝缘可使电缆的长期工作温度从70℃提高到90℃，交联聚乙烯绝缘电缆，也提高了短路时的承受温度可达200℃。因此，同样厚度的电缆，交联聚乙烯的载流量就大得多，以上众多优越性能使交联聚乙烯特别适合于电力架空线路输配电用的电缆绝缘。
B（L）V电缆主要用PVC塑料作为绝缘，PVC材料的分子结构如图2所示。
从PVC材料的分子结构看，线形结构，聚氯乙烯分子中的氯原子都与仲碳原子相连，应具有较高的耐老化稳定性。但是，在生产过程中，由于聚合温度控制不好及聚合添加剂在树脂中的残余，会影响树脂的结构和温度，因此分子结构中存在着一定的活性基因，如链端和链中的双键，尤其是一种烯丙基型碳氯的分子链结构：
这种结构在热光和机械力作用下，极易分解出氯化氢，而氯化氢有自催化作用，促使氯乙烯继续脱氯化氢，产生共轭结构：
具共轭双键的聚氯乙烯分子，在氧气的作用下，很容发生降解或交联，导致材料变色发脆，并使材料的物理机械性能显著下降，电绝缘性能恶化。
通过上述的区别分析比较，JKLYJ架空绝缘电缆用硅烷交联聚乙烯为热固性材料，光热稳性好，抗老化性能很好，与导体结合稳定。电缆长期运行中基本收缩不均匀的情况很少发生。而聚氯乙烯为热塑性材料与导体结合不紧，易在电缆导体纵向产生裂口影响电性能。实践证明用于架空敷设的B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆的使用寿命为2～8年，长被当作裸线看待。而硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆的使用寿命长达40年。
1.4 JKLYJ绝缘架空电缆与B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆的载流量
电力电缆的载流量是指电缆在最高允许温度下，电缆导体允许通过的最大电流。在设计时或选用时，应使电流各部分损耗产生的热量不会使电缆温度超过其最高允许温度。在大多情况下，电缆的传输容量是由它的最高允许温度确定。电缆的最高允许温度，主要取决于所用绝缘材料的热老化性能，因为电缆温度过高，绝缘材料老化会加速，电缆寿命大大缩短。如果电缆在最高允许温度以下运行，电缆将长期（30年以上）安全工作。
电力电缆长期允许载流量。当电缆通过长期负载电流达到稳定后，电缆各结构部分中产生热量（包括导线、介质、护层、和铠装层的损耗等），继续向周围媒质散发。由于电缆各结构不分及周围媒质都存在热阻，热流将使这些部分温度升高。当各部分温度升高而使导线的温度等于电缆最高允许长期工作温度时该负载电流称为电缆的长期允许载流量。
表1为单芯JKLYJ架空绝缘电缆与B（L）V聚氯乙烯绝缘电缆的长期允许载流量。
导线工作温度：60℃ 环境温度：30℃
表1是通过计算得出的电线电缆载流量数据。从表中可让客户根据需要选择不同型号规格的电缆，这样即保证了电线电缆的长期工作可靠性（即安全寿命），又可充分发挥电缆的传输电能（电流）的能力。具有重大的技术意义及经济意义。由表1中的数据可以看出，在相同环境下架空敷设相同规格不同型号的JKLYJ架空绝缘电缆与B（L）V电缆，显然，JKLYJ架空绝缘电缆的长期允许载流量比B（L）V的长期允许载流量大，虽然相同规格的BV电缆的载流量比JKLYJ架空绝缘电缆载流量大，但铜的比重大，从经济角分析，铜的价钱比铝价钱高，而且重量重，所以不适合用于线路架空敷设。
1.5颜色
为了便于安装和检修，电线电缆产品需按一定的色谱配色或要求有明显的色别。当这些电线电缆用塑料作绝缘材料时，就需要用不同颜色的塑料。塑料一般用着色剂来着色。着色剂分为无机物和有机物着色剂两种。无机物着色剂，着色力较差，密度大，添加用量大，且与塑料塑化混合不均匀，造成材料加工困难。有机物着色剂虽然着色力强，密度小具有优异而鲜艳的色调和光泽，但耐热性较差。
JKLYJ架空绝缘电缆用黑色碳黑作为着色剂，碳黑用乙炔气体在高温下热裂解制得，纯度高、粒径小，粒径达到纳米级。所以碳黑在塑料分散好。有利于材料成型加工。而且粒径小的碳黑具有较活泼的化学性质，能吸收太阳紫外光谱中的中波和短波谱。从而防止材料在日光辐射下暴晒氧化降解，失去原来的机械性能和电性能。B（L）V电缆颜色一般为黄、绿、红、兰等，大多采用有机物颜料着色。有机物颜料着色剂的化学性能如前所述，有机物颜料着色剂光、热性较差。在日光辐射下暴晒易氧化降解。
经验数据表明，黑色聚氯乙烯架空绝缘电缆在户外架空敷设使用的寿命为2～8年，而正常情况下黑色交联聚乙烯架空绝缘电缆的耐气候老化寿命超过40年。
2.结论
架空电缆 篇4
关键词：混合线路,故障定位,死区,定位函数,相位特性,匹配,仿真
现有混合线路故障定位算法[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]都是分2步进行:第1步先判别故障区段;第2步根据判别结果将混合线路测距问题转变为双端线路的测距问题。因此,在混合线路连接点附近高阻短路故障时,由于无法正确判断故障区段,导致测距失败,现有混合线路故障定位算法在混合线路连接点附近存在测距死区。
本文提出一种高压电缆-架空线混合线路相位测距法。分析了定位函数在混合线路上的相位特性,根据混合线路上所选参考点与故障点相匹配时定位函数相位唯一过零这一特征进行定位。该方法打破了传统分2步进行的测距模式,将整个混合线路直接等效成一等长线路进行定位。该方法测距精度受故障位置、过渡电阻和采样频率等因素影响很小,无测距死区,较好地克服了传统方法在混合线路连接点附近有测距死区的不足。
1 混合线路相位测距法基本原理
实际电缆-架空线混合线路可分为4种类型,如图1所示。本文以其中复杂的B型高压架空线-电缆-高压架空线为例阐述相位测距法基本原理,其内部故障情况如图2所示。
1.1 首段架空线路故障
当故障位于首段架空线mc内时,由n端电量按方程组(1)算得c节点电压Unc1、电流Inc1:
于是,考察mc线路内各电量之间的关系,如图3所示。图3为mc线路内部故障时mc线路的正序等值网,取k点为参考点。如图3所示,可得:
将方程组(2)(3)代入方程组(4)得:
于是,可得:
同理,当故障点位于参考点右侧时,也满足式(5)和式(6)。由式(5)(6)可得定位函数如下[15]:
其中,lmf、lmk分别为首段架空线路mc内故障点f、所选参考点k距m节点的距离;ZL1、γL1分别为首末两段架空线路的波阻抗、传播常数。
同理,中间ct电缆线路内各电量之间满足:
于是,可得中间ct电缆线路内定位函数如下:
其中,lfc为首段架空线路mc内故障点f距c节点的距离;lmk、lck分别为中间ct电缆线路内所选参考点k距m节点、c节点的距离;Zc1、γc1分别为中间ct电缆线路波阻抗、传播常数。
同理,可得末段架空线路nt内定位函数为
其中,lct为中间ct电缆线路全长;lfc为首段架空线路mc内故障点f距c节点的距离;lmk、lt k分别为末段架空线路nt内所选参考点k距m节点、t节点的距离。
1.2 中间电缆线路故障
当故障点位于中间电缆线路时,如图2(b)所示。此时首段架空线路mc内各电量之间满足:
于是可得mc架空线路内定位函数如下:
其中,lc f为中间ct电缆线路内故障点f距c节点的距离;lmk、lc k分别为首段架空线路mc内所选参考点k距m节点、c节点的距离。
同理,可得中间ct电缆线路内定位函数为[15]
其中,lm f、lm k分别为中间ct电缆线路内故障点f、所选参考点k距m节点的距离。
末段架空线路nt内定位函数为
其中,ltf为中间ct电缆线路内故障点f距t节点的距离;lmk、ltk分别为末段架空线路nt内所选参考点k距m节点、t节点的距离。
1.3 末段架空线路故障
首段架空线路mc内定位函数为
其中,lt f为末段架空线路nt内故障点f距t节点的距离;lmk、lc k分别为首段架空线路mc内所选参考点k距m节点、c节点的距离。
中间ct电缆线路内定位函数为[15]
其中,lt k为中间ct电缆线路内所选参考点k距t节点的距离;ltf为末段架空线路nt内故障点f距t节点的距离。
末段架空线路nt内定位函数为
其中,lm f、lm k分别为末段架空线路nt内故障点f、所选参考点k距m节点的距离。
由上述推理过程可知,若采用负序分量进行定位,上述各定位函数式依然成立。
1.4 定位函数相位特性分析
无论故障点位于哪一条线路上,对于故障线路当lm f>lm k和lm f
架空线路上coshγL1x、sinhγL1x幅相特性和电缆线路上coshγc1x、sinhγc1x幅相特性分别如图4、图5所示。由图4、图5可知,coshγL1x和coshγc1x二者幅值约等于1,相角约等于0°;sinhγL1x和sinhγc1x二者幅值很小,远小于ZL1和Zc1的幅值。
以首段架空线路mc内故障为例,此时中间c电缆线路上定位函数相位为
末段架空线路nt上的定位函数相位为
同理分析可得,当中间ct电缆线路内部故障时,首段架空线路mc上定位函数相位arg f(lm k)>0、末段架空线路上arg f(lmk)<0恒成立。当末段架空线路nt内故障时,首段架空线路mc上定位函数相位arg f(lmk)>0、中间ct电缆线路上arg f(lmk)>0恒成立。图6、图7、图8分别为首段架空线路mc上故障、中间ct电缆线路故障、末段架空线路nt上故障时,混合线路上定位函数的相位特性曲线。
由图6~8可知,前文理论分析所得结论与混合线路上定位函数相位特性一致,且由混合线路上定位函数相位特性可知,可根据所选参考点与故障点相匹配时相位函数特性唯一过零这一特征定位。于是,无需事先判别故障区段,将整个混合线路直接等效为一等长线路进行定位。
图1(a)和图1(b)线路结构是图1(c)的组成部分,图1(d)线路结构与图1(c)线路结构相同,由上述推理过程可知,图1(c)线路结构上的定位函数相位特性对图1(a)、图1(b)和图1(d)线路结构同样适用。
1.5 相位测距算法
基于混合线路上定位函数相位特性提出一种适用于高压电缆-架空线混合线路相位测距法。
a.将混合线路全长l=lmc+lc t+ln t进行n等分,分别计算各等分点处定位函数的相角。
b.确定满足包含lmf的等分区(lbegin,lend)。
由定位函数相位特性可知,必存在2个等分点kl/n和hl/n使得arg(f(kl/n))>0和arg(f(hl/n))<0,h=k+1。于是取lbegin=kl/n,lend=hl/n。若lend-lbegin≥Δlset,则返回a;若lend-lbegin<Δlset,则进入c。
c.lmk从lbegin开始以Δl为步长递增至lend结束计算arg(f(lmk))。若存在某一lmk满足arg(f(lmk-Δl))>0且arg(f(lm k))<0,则取故障点f距m节点的距离lm f=lmk-Δl/2,考虑lmk=lmf时,arg(f(lmk))>0,lmf指小于lm f且无限趋近于lm f;lm k=l+m f时,arg(f(lm k))<0,l+mf指大于lm f且无限趋近于lm f。此时,最大测距误差理论上近似等于Δl/2。
1.6 相位测距算法
2 仿真试验
采用基于分布参数模型的架空线路-高压电缆-架空线路仿真模型更接近于实际线路的真实情况,有利于检验本文方法的实用性。PSCAD仿真模型如图9所示,其参数为:B型混合线路mn两侧等效电源相角差为θ,二者电源幅值分别为1.05倍的标幺值和标幺值(电压等级为220 k V)。两侧系统参数为Zm1=1.051 5+j43.174 9Ω,Zm0=0.600 0+j29.091 1Ω,Zn1=26.000 0+j44.918 5Ω,Zn0=20.000 0+j37.469 7Ω。
a.架空线路参数。r1=0.331 7Ω/km,l1=1.326m H/km,c1=0.008 688μF/km,r0=0.481 7Ω/km,l0=4.595 m H/km,c0=0.004 762μF/km。
b.电缆线路参数。r1=0.024Ω/km,l1=0.472 8m H/km,c1=0.281 1μF/km,r0=0.412Ω/km,l0=1.533 8m H/km,c0=0.152 9μF/km。
采样频率为6 k Hz,采用差分傅式算法滤波提取三端基频分量,Δl取为0.01 km。由于差分傅式滤波算法只能滤除部分衰减直流分量,为克服这一问题,通常采用故障后第2、3周期的数据进行计算,本文采用故障后第2周期数据进行计算。
表1给出了混合线路不同位置发生AG故障时采样频率对本文方法测距结果的影响情况。由表1知,本文方法受采样频率影响很小,具有很高的测距精度。
km
图10给出了负荷电流和过渡电阻Rg对首段架空线路上25 km处ABG故障测距结果的影响情况(ε为相对测距误差,下图同)。图11给出了过渡电阻和故障位置对中间电缆线路上AG故障测距结果的影响情况。图12给出了过渡电阻和故障位置对末段架空线路上AG故障测距结果的影响情况。图13给出了负荷电流和故障位置对B型混合线路上ABCG故障测距结果的影响情况。由图10~13和表1可知,本文方法受故障位置、故障类型、负荷电流和过渡电阻、采样频率等因素的影响很小,具有很高的测距精度。
表2列出了混合线路连接点附近A相经高阻接地时传统方法的故障区段选择结果(以文献[3]为例)。其中,电缆线路上高阻取60Ω,架空线路上高阻取250Ω。由表2可知,当中间电缆线路双端连接点附近高阻故障时,满足Ic 2>I′c 2、It 2>I′t 2,此时根据该文中间电缆故障判据Ic2
由于本文将整个混合线路直接等效为一等长线路进行定位,无需先选择故障线路再定位,因此不会出现上述情况。表3列出了混合线路连接点附近A相经高阻接地时本文方法的测距结果。由表3可知,混合线路连接点附近A相经高阻接地故障时,本文方法能正确测距,具有很高的测距精度。
3 结论
本文重点分析了定位函数在混合线路上不同线路故障时的相位特性,在此基础上提出一种高压电缆-架空线混合线路相位测距法,其特点如下:
a.打破了以往先判断故障区段再定位的测距模式,将整个混合线路等效成一等长线路直接进行定位,该方法所需搜索范围小,具有良好的快速性;
b.测距精度受故障位置、故障类型、负荷电流、过渡电阻和采样频率等因素影响很小,具有很高的测距精度;
架空电缆 篇5
光电缆架空保护性施工方案
南宁市新阳路下穿铁路立交工程 光电缆架空保护性施工方案
一、编制依据
1.施工合同、会议纪要。
2.《南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程临时隔离方案》。3.现场踏勘调查所获得的详细资料。4.《铁路技术管理规程》（高速铁路部分）。
5.《铁路有线通信技术维护暂行规则》（TG/DW107-2010）6.《铁路营业线施工及安全管理办法》； 7.安全协议
二、工程概况
本工程位于南宁市西乡塘区，是南宁市新阳路（北大路-鲁班南路）市政道路改造工程的一个子项目。根据南宁枢纽指挥部要求，本工程框架桥分2节采用明挖现浇法施工，第一节施工节长13m，下穿在建中的云桂铁路左线、右线。目前第一节框架在9月底已完成施工，现计划进行第二节框架（宽12.26米，长13米）施工，由于云桂线已经完成静态验收并开始联调联试，中铁四局完成了围墙和声屏障作业，11月1日按照审批通过的《新阳路下穿铁路立交桥工程临时隔离方案》在云桂右线旁安装了临时隔离防护网，进行第二节的框架施工中需要拆除部分声屏障，由于声屏障上面的电缆盒内设有通信电缆4根，供电电力电缆3根，需对光电缆进行架空保护性施工。
三、施工内容
为防止框架预制和土方作业对此处光电缆造成伤害，在第二节框架土方开挖广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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前对光电缆进行架空保护性施工。框架预制完成后，把光电缆按照既有高度和位置恢复。
四、组织施工 1.施工人员组织
项目负责人：韦明投（***）施工负责人：梁泰玮（***）技术负责人：蒋明轩（***）施工安全负责人：王满德（***）驻站联络员：蒙方华（***）
安全防护员：王浩懿（***），黄骏（***）施工人员：顾君宝（***）等20人。2.人员分工及工作职责
施工负责人：组织工程的安全施工，严格落实有关施工规范、施工组织、安全措施，切实保证行车光电信号的稳定。
安全负责人：对整个施工过程中的安全进行监督、检查。技术负责人：对施工过程中的安全进行监督、检查。
驻站联络员、防护员：负责施工期间的安全防护，传达通报列车运行情况、封闭盒开通时间给施工负责人，通报时要做到呼唤应答，及时提醒，认真做好通话记录。驻站联络员要及时将列车运行情况通知现场防护员，3~5分钟通话一次。
五、施工计划安排 1.施工地点
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经过与南宁通信段通信车间、南宁电务段信号车间、南宁供电段现场调查该通信和供电光电缆线在电缆都敷设在电缆盒里，并固定在声屏障中下部，通信电缆盒距离地面0.6米，供电电缆盒距离地面1.2米。里程是云桂线K0+575-K0+625 2.施工时间
由于拆除的声屏障和电缆盒都在临时隔离防护网里面，方案通过审批后，通知相关设备管理单位到场即可开始施工。施工前按照规定，通知设备管理单位到场确认方可施工。
3.设备变化
在电缆停电后把供电段的10kv电缆从原来安装在声屏障上的电缆桥架里面取出，迁移到置于新架设好的临时保护通道——架设于工字钢与枕木垛组成的临时迁改设施上，电缆放入活动式镀锌钢管（直径150mm）防护。
4．施工作业流程 广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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清理场地—安放枕木垛—架设工字钢—人工取出电缆—防火海绵包裹—铁丝网固定—镀锌钢管包裹—封口—固定在工字钢上—框架施工完成—拆除工字钢—把电缆放在恢复原样的声屏障电缆槽内。
①枕木垛采用长500mm，宽220mm，高160mm的枕木块，3个一组90°转向错开搭接而成。内侧间隔17.4米，必须安放在硬土上，并且用马钉使各个枕木块之间牢结。如果有标高程误差可以向下挖土或者垫模板调整。
②工字钢采用两根长12米I36b，中间用钢板焊接。架设的工字钢在枕木垛上。钢套管防护两端超过工字钢不小于5m。并沿着工字钢两侧在枕木上打膨胀螺栓每个间隔100mm，预防施工过程因振动造成工字钢挠动从枕木垛上脱落。
③为了确保电缆线在迁改和防护不受到损伤，采用人工方式施工
④临时过渡迁改、防护：将取出的通信供电光电缆沿地面电缆槽摆放顺直，并进行包封防护。
包封防护方式：对通信供电光电缆采用石棉包裹进行防火隔热处理；石棉包广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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裹后采用钢丝网或4mm铁线包裹增加保护层强度；最后采用长24米，直径10厘米的镀锌钢管进行包裹后，对半剥开的管用铁丝绑扎牢固。
六、施工安全保证措施 1．既有线施工安全协议制度
施工前，按照《南宁铁路局普速铁路营业线施工安全管理实施细则》宁铁运[2013]26号文的有关规定，分别与设备管理单位和行车组织单位签订《施工安全协议书》，明确双方各自的安全责任和义务。
2．群防互控的供电配合制度
施工中，涉及到既有设备正常使用的，必须提前3天通知设备管理单位，要求派人现场全过程配合施工，且必须配合人员到达现场后，根据双方制定的施工方案进行施工。
3．安全生产检查制度
建立安全生产检查制度。项目部对安全生产状况进行定期或不定期检查的制度，及时发现问题，查出隐患，从而采取有效措施，堵塞漏洞，把事故消灭在萌芽之前，做到防患于未然，通过检查总结出好的经验加以推广，为进一步搞好安全生产打下坚实的基础。
4．安全操作挂牌制度
为了明确职责，互相监督，以确保施工安全，施工负责人、安全检查人员、施工防护人员及驻站联络员均要挂牌进入施工现场。需干部盯岗的施工项目，盯岗干部也必须挂牌。
5．工前点名安全讲话制度
出工前，工地负责人集合全体施工人员列队点名，总结前一天施工安全情况广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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及存在问题，并提出整改措施及当天安全工作要求、防范措施等。工地施工人员对当日工作中的安全事宜有权质疑，经双方协商解决。
6．安全交底逐级审批制度
实行逐级安全技术交底制。每一分项、分部工程开工前，安全员向施工作业班组进行书面安全技术交底，不能以施工方案代替安全技术交底。
安全交底后，施工现场管理员、安全员、施工班组长对落实情况进行定期、不定期检查、监督，确实做到有章可循，执章必严。
对重点工序进行单独交底，并制定专项安全措施。7．特种作业人员安全管理制度
特种作业人员（高处施工人员）必须经相关部门考试合格取得合格证，方准上岗作业。在操作过程中严格遵守操作规程，不允许擅自离岗或让别人代替上岗。
8．安全事故报告制度
建立事故申报制度，一旦发生各类事故，按照有关安全事故申报要求，在规定时间内立即报告上级主管部门和当地劳动部门、建设主管部门，并通知建设单位代表，同时按国家或铁道部有关规定处理。积极配合建设单位、地方政府、检察机关和上级部门做好事故处理工作。做到四不放过：事故原因不清不放过、事故责任人没有受到处理不放过、事故责任者和群众没有受到教育不放过、没有制定防范措施不放过。
9.涉及到通信、电务电缆施工的具体方法：
9.1.涉及电缆径路的相关施工，邀请工区工长（或副工长）、熟悉电缆径路的职工和施工单位对电缆径路共同进行探测，共同确认。
9.2.电缆径路探明后，在电务（通信）配合人员的监控下，由施工单位在电广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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缆径路左右1.5米处，采用钉木桩、拉安全警示带的防护方法，标定防护范围。木桩间隔不大于５米，警示带离地面不大于0.2米。
9.3.探测、标识结束后，填写《营业线施工信号电缆径路探测调查表》、《现场工程施工影响电务设备情况调查表》，《营业线施工通信电缆径路探测调查表》、《现场工程施工影响通信设备情况调查表》双方签认。
9.4.施工前，通知车间主管、工区工长（副工长）、电务（通信）配合人员进行技术交底。
9.5.技术交底时，项目部详细介绍施工内容、时间、地点、作业方式、施工进度、负责人及联系电话。
9.6.项目部与车间、班组配合人员共同确认地下电缆等隐蔽设施的位置，做到技术交底无遗漏，并要求项目部准备相应的应急材料。
9.7.技术交底时，电缆径路的调查、探测和标识按照本文第八条的要求，共同探明电缆径路、做好防护标识。
9.8.支柱基坑需人工开挖，如在开挖过程中，电务（通信）电缆裸露出来，需对电缆做好防护措施，严禁机械开挖。
9.9.进场施工前，需要提前3天通知电务（通信）设备管理车间，施工进场后，电务（通信）监控人员到位后方可动工，现场需要服从电务（通信）监控人员的指挥。
9.10.项目部加强与配合单位的的联系与协调，保持双方联系人员、现场防护人员相对稳定。同时定期（根据工程施工配合范围大小，可考虑每周或每旬或每月）与配合单位协商碰面召开施工协调会，互相通报施工及配合情况、进度、要求、存在的问题、有关的注意事项，并对存在的问题采取措施加以防范。广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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10.涉及到工务施工的具体施工方法：
10.1.严格遵守原铁道部《铁路营业线施工安全管理规定》（铁运[2012]280号）以及南宁铁路局《南宁铁路局普速铁路营业线施工安全管理实施细则》（宁铁运[2013]26号）文件并于开工前与工务段签订施工安全配合协议。
10.2.按批准的施工方案进行施工，并执行相应的安全措施，严禁无计划、无安全措施野蛮施工。
10.3.施工前三天通知设备管理单位施工配合人员，待配合人员到场后方可进行施工。在开挖好后，要采取有效的安全防护措施，并及时联系监理检查，及时回填，保证在下雨时，沟内不积水，确保沟壁土层稳定。
10.4.施工时，按规定做防护工作。在施工点前后按规定设防护员，防护员要由专人专职担任，且是经考核合格的在职职工。
10.5.施工时，所有工具材料均放在路堤边坡底，确保不影响行车的地方，严禁放在相邻股道。严禁将保护钢管等金属物件横放在钢轨道上，防止出现红光带事故。
10.6.设专人统一指挥，列车来往时，停止一切施工，听从指挥，注意避让，禁止到相邻股道上避让。
10.7.相互联络员与施工指挥员联络须保持畅通，保证列车来时及时通知到位。
10.8.机械设备设专人保管，所有工具必须统一保管和摆放，并做好记录，机械施工时，严格执行“一人一机”专人防护制度。
10.9.材料管理按铁路局路料管理办法实施，进行分类堆码，并设专人看管。10.10.施工中要做到“料到人到、人走料清、工完料清”。任何时候任何料具广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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不得侵入限界。施工路料严格按《普速铁路工务安全安规》（铁总运[2014]272号）及《南宁铁路局路料管理办法（试行）》进行管理。（宁铁工（2011）13号）。
11.每日施工后召开班后总结会。
七、既有线施工生产安全事故应急预案(一)应急领导小组及职责 1．项目部成立应急救援领导小组： 组 长:韦明投 电话：*** 组 员: 梁泰玮（***）王满德（***）蒙方华（***）各单位应急联系电话：
南宁供电段调度：路电32673 市电0771－2732673 南宁通信段调度：路电32456 市电0771－3932456 南宁电务段调度：路电33456 市电0771－3933456 2．应急救援领导小组及各救援处置组的职责： 2.1 组长负责救援的全面组织领导和协调工作。
2.2 各成员部门负责本部门责任分管工作的人员保障、资源的提供。2.3 各应急救援处置组职责：
抢修救援组：负责工程抢修方案的制定和物资、机械设备供应，组织专业光、电缆抢修队伍实施。
后勤保障组：负责落实应急救援事故的后勤保障工作。(二)应急措施
1．应急领导小组接到应急通知后，立即赶到现场，组织指挥救援处置工作，并通知应急小组和抢险队携带应急物资及工具赶赴事故现场。广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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2．应急小组人员到达现场后，协同领导小组迅速了解、掌握事故发生的时间、地点、原因、人员伤亡和财产损失情况，应按分工除检查保护现场、救护受伤人员外，还迅速控制事故范围，防止事故扩大化。
3．遇有人员伤亡时，小组人员立即向上级主管部门汇报，并向当地警方报警。同时，还与当地医疗部门联系抢救受伤人员。
4．应急小组人员迅速按公司事故处理管理程序上报，并查清事故原因，制定相应措施，对事故进行善后处置，将损失减低到最小程度。
5．属施工事故，根据事故类型迅速报相关设备管理单位进行抢修，并积极进行配合抢险，清理工作完成后，进行修复、测量、试验等工作。
(三)各种安全应急预案
1．伤亡事故的安全应急救援措施
施工现场发生出现伤亡事故立即向上级报告，并启动紧急预案。指挥员立即组织抢险队伍，进入应急状态；联络组及时联络救援人员，车辆和物资，救援、运输队及时、稳妥地疏散现场人员，正确快速地引导救援、救护车辆，救护队对伤员正确施救。
在抢救伤员的同时保护好事故现场。
死亡事故发生后按事故报告程序及时通知有关单位和部门，做好事故调查处理工作。
2．既有设备在施工过程中被损坏的应急救援
发生事故，立即通知设备管理单位和项目部应急预案机构，启动工程事故和紧急情况应急方案。
3．静电感应、高压电触电的安全应急救援措施 广西宁铁工程有限责任公司 南宁市新阳路下穿铁路立交桥工程
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一旦发生触电事故，迅速切断相应电源并立即接地，排除危险源，切不可在切断电源之前直接接触被电击者或进入危险区域。排除危险源后，立即对伤员采取进行心肺复苏等抢救措施，同时联系120急救车，在急救车到达前，不可中断心肺复苏抢救措施。
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附工字钢检算：
供电电缆重量：YJV22 0.6/1KV 5*25 1.871kg/m，3根，每根30米。通信电缆重量：7kg/m，4根，每根30米。
I36b工字钢重量：52.794Kg/m，24m。惯性矩Ix=16574cm4,Iy=583.6 抗弯模量Wx=920.8cm3,Wy=84.6 经过检算合格。
架空电缆 篇6
高压电缆—架空线混合线路因其能跨越大水道和海峡,可直接向大城市和工业区中心供电,因此应用越来越广泛。此类线路保护,一般主保护采用差动保护,配以三段式距离保护及过流保护。由于架空线故障一般是瞬时故障,需要启动重合闸;而对于电缆故障,一般是永久故障,故障后启动重合闸会对电缆产生再次损伤,因此不需要实现故障后重合闸操作。目前,一般根据线路和电缆的长度关系确定是否启动重合闸。若架空线较长,则投入重合闸,而电缆较长时,则闭锁重合闸。但是,这种方式容易导致架空线故障误闭锁重合,电缆段故障误启动重合。目前,对于电缆或电缆—架空线混合线路的分析主要集中在应用方面[1,2,3,4,5],对架空线和电缆段故障的识别,国内外相关的文献均较少。
由于差动保护具有优良的故障识别能力,使得差动保护成为混合线路主保护的首选,但对于高压电缆—架空线混合线路,差动保护动作后是否启动重合闸仍然要根据故障点位置决定。解决上述问题的最好方法是在架空线电缆交界处增加一个电流互感器以及额外增加一台装置,将该处的电流信息传递到两侧,根据故障时不同区段差动元件动作结果达到故障区间精确识别的效果。但是,由于受现场实际条件限制,上述方案很难让用户接受。有部分保护厂家采用基于各段距离元件动作的配合关系来决定故障区段[6],但是距离元件无法满足高阻抗故障时差动元件灵敏度的要求。
本文提出一种利用基于线路两侧电流信息构成的新型电抗继电器。同时,结合瞬时性故障波形识别判据构成全新的高压电缆—架空线混合线路瞬时故障综合判据。
1 新型电抗继电器
电抗继电器可认为是安装在整定点处的方向继电器[7,8],通过整定的高压电缆和架空线路参数,可很好地确定故障范围,从而决定是否需要重合。线路侧电抗特性如图1(b)所示。
混合线路两侧保护均设置一个电抗继电器,电抗继电器定值ZZD整定至高压电缆—架空线的交叉处的F点。对于线路保护装置,若故障时电抗器动作,表明故障点在线路侧,可以启动重合闸,否则闭锁重合闸。
基于单端电流极化的电抗继电器无法区分送电侧与受电侧,为了防止过渡电阻故障时因对侧系统的助增而引起误动,基于相电流极化的电抗继电器均带有固定的下倾角θ,导致在系统发生区内过渡电阻故障时,电抗继电器可能拒动,故障判别灵敏度较差。线路越短,上述问题就越严重。
为了弥补上述常规电抗继电器特性的缺点,本文提出了一种利用基于线路两侧电流信息构成的新型电抗继电器。其动作方程如下:
式中:
以图1为例,M侧为受电侧,N侧为送电侧,过渡电阻Rf故障时,两侧的新型电抗继电器动作特性如图2所示。
新型电抗继电器由于考虑了故障时过渡电阻上的实际电流值,自适应补偿了过渡电阻接地故障时因两侧系统助增对电抗继电器造成的误差,动作特性能够跟随系统的助增情况实时调整,不受系统运行方式的影响。新型电抗继电器必须依赖光纤通道传递两侧的电流数据,当通道异常时,无法获得对侧电流值,此时可退出新型电抗继电器,采用基于单侧电流信息的常规电抗继电器。
2 带并联电抗器的瞬时故障判据
当发生接地故障且故障消失时,故障相对储能元件的储能基本为0。对于瞬时性故障,故障消失后,对地回路断开,由相间电感和电容元件构成的回路开始振荡[9]。恢复电压包络线的最大值Umax和最小值Umin有如下关系[10]:
式中:ω为工频频率;ωZ为自由分量频率。
由于并联电抗器系统瞬时故障有明显的拍频特性,故障相在两侧开关跳开后,电压幅值上下波动,并有一定的规律。图3为利用某系统模拟的A相(Rf=100 Ω)瞬时及永久故障时架空线侧的故障电压波形。
由图3可知,对于瞬时性故障,在故障点熄弧后,断开A相的相电压呈拍频特性,而对于永久性故障,断开相电压基本保持恒定。
根据拍频特性,提出以下瞬时性故障判据:
式中:m2为固定门槛值;Un为额定相电压;m1为瞬时故障电压门槛值系数,一般取0.03。
由于一般超高压线路的自由振荡频率不小于30 Hz[11],因此,Umax/Umin>4;而对于永久性故障,Umax/Umin=1。
3 新判据组合逻辑
上述2种判据的有效组合,构成了全新的高压电缆—架空线混合线路的重合闸判据,其最终判据组合逻辑如图4所示。
图4为混合线路重合闸启动条件。图中:架空线侧新型电抗继电器动作时判为架空线路故障,重合条件1满足,启动重合闸;重合条件2为有并联电抗器系统瞬时故障判据,采用控制字进行投退操作;重合条件3为三相有压判据,条件为三相电压均大于0.8Un,且至少保持150 ms。对于负荷侧,当区内故障时新型电抗继电器可能无法正确动作,因此重合条件1只能用于有源侧;为确保负荷侧能可靠合闸,当有源侧重合成功后,负荷侧通过判断三相是否均有电压来实现无故障重合,重合条件3是负荷侧实现无故障重合的补充判据,可确保一侧重合成功后,另一侧能可靠重合。
4 电磁暂态模拟仿真
利用EMTDC和RTDS软件针对以上内容进行了大量仿真,仿真模型如图5所示。
模型采用总长为50 km的220 kV混合线路,调整架空线和电缆比例长度,两侧新型电抗继电器动作范围整定至交接处,设置不同故障点和过渡电阻,测试新型电抗继电器动作结果。对于架空线故障,模拟的是瞬时性故障,而对于电缆段故障,模拟的是永久性故障。测试结果如表1所示。
注:故障点位置为与架空线侧的距离;判据1为电抗继电器判据,判据2为拍频电压特征判据;表示动作,表示未动作。
根据仿真结果可知,基于两侧电气量的新型电抗继电器能够准确判断架空线侧和电缆侧故障,拍频电压判据能够很好地区分有并联电抗器线路瞬时性和永久性故障。基于上述两种判据的综合判据,能够有效实现电缆段故障和永久性故障闭锁重合闸的要求。本方案有如下优点。
1)实现简单,只需在现有保护装置中增加电缆段和架空线的参数即可。
2)新型电抗继电器能够跟随系统的助增情况实时调整动作特性,能自适应补偿经过渡电阻接地故障时因两侧系统的助增对电抗继电器造成的误差,不受两侧系统运行方式影响,两侧的电抗继电器特性没有重叠区和死区。
3)对带并联电抗器混合线路,能精确区分瞬时性故障与永久性故障,真正做到瞬时性故障重合、永久性故障闭锁重合闸。
5 结语
本文结合系统两侧的故障电流提出了一种新型电抗继电器,实现了高压电缆—架空线混合线路的架空线部分故障启动重合闸,电缆部分故障闭锁重合闸的功能,对于带并联电抗器混合线路,结合瞬时故障判据,进一步实现架空线永久性故障闭锁重合的功能。新型电抗继电器方案利用目前现有的差动保护就可以实现,实现简单,不增加额外的投资。
新型电抗继电器必须依赖光纤通道传递两侧保护的故障数据,因此,仅适用于单段混合线路(即混合线路仅由单段架空线和单段电缆组成)的应用场合,而不适用于多段混合线路的情况。本文未考虑同相点问题,在极高阻抗情况下,受电侧可能无法准确区分故障区段,今后将重点研究基于双端故障信息的可解决电抗继电器同相点问题的方案。
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架空电缆 篇7
1 电缆结构及依频特性
1.1 电缆结构
高压和超高压电缆通常采用单芯结构, 由于本文是针对220 k V电压等级的混合线路进行仿真和分析, 所以采用的电缆型号是截面为1 000 mm2的220 k V铜芯XLPE绝缘皱纹铝护套电力电缆, 具体结构由内到外分别是导体、半导体包带、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水膨胀缓冲层、皱纹铝护套沥青防蚀层、非金属护套及导电层。
根据电缆电阻、电容和电感计算公式可以求出精确的电缆电气参数:直流电阻R′、交流电阻R、电容C、电感L。
式中S为线芯截面积;ρ20为线芯在20℃时电阻率;α为20℃时每度温度系数常数;θ为最高工作温度;k1~k5为引入的一些相关系数;ys为集肤效应因数;yp为邻近效应因数。
式中ri为绝缘层半径;rc为内半导半径;εi为介质
介电常数。
式中rc为内半导半径;r0为内径;μ0为真空磁导率;s为线芯间距。
1.2 依频特性
输电线路参数会随着频率的变化而变化, 而电缆自身结构的特性, 导致了电缆的依频特性十分突出, 使得经过电缆的行波波头衰减和畸变现象严重。在仿真中, 可以采用考虑了依频特性的Marti模型进行暂态仿真;如果系统元件都为线性元件, 可以根据傅里叶变换先在频域中求线路的频率响应, 再反变换到时域, 从而观察依频特性。但在实际应用中, 直接影响了行波测距装置难以辨认采集波头, 可以利用采集到的行波信号, 通过在不同尺度下的小波变换或者提取模极大值的方法减少因为电缆依频特性所带来的行波不易采集的问题。
2 基于分布参数的故障区段定位
本文以B型混合线路 (架空线+电缆+架空线) 作为分析及仿真对象, 如图1所示。作为一个简单的双端系统, 当在线路的任何一点发生故障时, 运用对称分量法和线性叠加原理一般将故障网络分解为故障前正常网络和故障后附加正、负、零序网络。
对于三相对称性故障, 不存在负序和零序网络;对于不对称非接地故障, 不存在零序网络;对于在中性点直接接地的电网发生单相接地故障中, 发生单相接地短路故障时, 将出现很大的负序和零序电流, 因此可以将负序和零序网络引入进行测距判据, 而在其他接地故障时, 零序电流经大地流回母线, 由于大地的电阻率的未知性, 所以利用负序电流的可靠性更高。由于80%以上的故障是由单相接地引起的, 所以在这里只考虑针对单相接地故障的混合线路测距问题。综上所述, 在本文中, 引入负序电流和负序网络进行混合线路的区段定位[13鄄14]。
假设在B型混合线路上发生单相接地短路, 它的位置有5种可能性:架空Ⅰ段、架空Ⅰ段与电缆连接点、电缆段、电缆与架空Ⅱ段的连接点处和架空Ⅱ段。对故障发生区段进行准确定位将为下一步利用行波精确测距创造条件。设在Jlc处从M端递推得到的分布电流负序分量为Ilc2, 从N端递推得到的分布电流负序分量为I′lc2;在Jcl处从M端递推得到的分布电流负序分量为Icl2, 从N端递推得到的分布电流负序分量为I′cl2。故障发生位置与连接点处递推得到的分布电流负序分量的对应如表1所示。
Ilc2、I′lc2、Icl2、I′cl2可以通过故障状态的负序等效网络递推得到, 负序等效网络如图2所示。
其中, ZM2、ZN2为系统两端的系统负序阻抗;ZL12、ZL22、ZL32分别为架空Ⅰ段、电缆、架空Ⅱ段的单位长度的线路负序阻抗;YL12、YL22、YL32分别为架空Ⅰ段、电缆、架空Ⅱ段的单位长度的线路负序分布导纳;L1、L2、L3分别为架空Ⅰ段、电缆、架空Ⅱ段的长度;Jlc、Jcl为架空Ⅰ段与电缆、电缆与架空Ⅱ段的连接点。
以线路始端M为例, 设UMA、UMB、UMC, IMA、IMB、IMC为故障前的三相电压和电流向量, U′MA、U′MB、U′MC, I′MA、I′MB、I′MC为故障后的三相电压和电流向量, 由此可以求出M端的电压和电流突变量为
然后, 根据对称分量法将三相突变量d UMABC和d IMABC变化成ΔUM120和ΔIM120:
在计及分布电容的情况下, 根据推导可知:
式中W1为ZL12左侧阻抗值, W2为ZL22右侧阻抗值, W3为ZL22左侧阻抗值, W4为ZL32右侧阻抗值。
根据推导出的连接点处的分布电流的大小可以判断故障发生的区段, 此方法虽然需要采集两端电气量, 但不要求双端数据同步, 不受线路两端系统阻抗和过渡电阻的影响, 不存在伪根问题, 是种适用于电缆-架空混合线路故障区段定位的实用且精确的方法。
3 三次B样条小波
小波变换已广泛应用于信号分析中, 实际常用来进行信号处理的小波有B样条小波、正交样条小波和插值样条小波。本文采用的是三次B样条小波对行波信号进行分析。
B样条函数是通过卷积递推形成的, n次B样条函数为
当n=3时, 式 (13) 和 (14) 即是三次样条函数和相应的频域函数。
由式 (14) 有二尺度关系:
傅里叶变换为
小波ψn与尺度函数βn存在二尺度关系:
其傅里叶变换为
当选取高斯函数的一阶导数为小波时式 (16) (18) 的传递函数如下:
当n=3时即是三次B样条小波, 如图3所示。它光滑对称, 在所有多项式样条函数中具有最小支撑, 有近似最小的时频窗。其分析结果如图3 (b) 所示, 从上开始, u1为原信号, u2为经过23尺度分解后的低频信号, u3为23尺度分解后的高频信号, u4为22尺度分解后的高频信号, u5为21尺度分解后的高频信号, 这个波形用三次B样条小波只分解了3层, 从图上可以看出在原信号发生突变的地方没有振荡, 只有一个和原信号突变方向相同的跳变, 它的模极大值点对应突变点, 这样就很容易找到突变时刻, 从而可以减小测距误差。
用三次B样条小波来分析行波故障产生的奇异信号, 是用构造的滤波器来实现的。滤波器的系数如表2所示。
由分析可得知, 三次B样条小波的突变点在它的模极大值处, 在实际操作中, 对极大值的寻找要比其他样条小波分析过0点更容易。故三次B样条具有良好的定位性能, 而且三次B样条小波在具有噪声情况下检测信号的奇异性是渐近最优的, 这在电力系统暂态信号的奇异性检测中具有很大的优势。
4 电缆-架空混合线路行波测距的实现
4.1 行波信号的提取
高压输电线路故障后所出现的暂态行波 (电流行波和电压行波) 中包含着丰富的故障信息, 正确地识别和提取这些信息可构成高速动作的继电保护, 并能实现准确的故障测距。由于电容式电压互感器对高频信号的传变能力较差, 而电流互感器对行波这类的高频信号具有较强的传变能力, 所以本文中讨论的是利用电流行波进行测距。
但在三相输电线路中, 由于线路存在耦合, 三相的波动方程不独立, 行波是相互耦合的。每一相行波都包含速度不同的线模和零模分量。本文采用Karrenbauer变换阵作为相模变换矩阵, 表达式如下:
由于线模分量速度比较稳定, 一般用它进行故障测距。在文中, 只是针对A相接地故障进行了仿真分析, 仿真表明利用线路两端的1模分量进行测距的效果较为理想。而通过比较线模1模分量和零模的极性可以判断行波的性质。
4.2 线模和零模耦合现象
当输电线路发生不对称接地故障时, 可利用相模变换法解耦, 然而, 行波分量虽然在线路上完全解耦, 但在故障点处则不一定完全解耦。因此, 在分析行波时, 不仅要考虑阻抗不连续点的折反射, 还要分析行波各模量在故障点处的相互透射。鉴于单相接地为输电线路一种最常见的故障类型, 故重点讨论输电线路发生单相接地时模行波分量的耦合现象。
根据故障点处的模量形式的Bergeron等值电路, 如图4所示, 其中Zc为导体波阻抗;m=0、1、2, 表示各模量。
可以推导出2部分的内容。
a.当线模分量到达故障点处时, 其折射系数为 (6 R+Z0) /[2 (Z0+2 Z1+6 R) ], 耦合到零模分量的折射系数为-Z1/[2 (Z0+2 Z1+6 R) ];反射系数为-2 Z1/[2 (Z0+2 Z1+6 R) ]。耦合到零模分量的反射系数也为-2Z1/[2 (Z0+2 Z1+6 R) ]。可见, 折射分量与折射耦合分量极性相反, 量值之比是Z1∶ (6 R+Z0) ;反射分量与反射耦合分量极性相同, 量值相等。
b.当零模行波分量到达故障点时, 其折射系数为 (6R+2Z1) /[2 (Z0+2 Z1+6 R) ], 耦合到线模分量的折射系数为-Z0/[2 (Z0+2 Z1+6 R) ];反射系数为-Z0/ (Z0+2 Z1+6 R) , 耦合到线模分量的反射系数为-Z0/ (Z0+2 Z1+6 R) 。而且可以看出, 折射分量与折射耦合分量极性相反, 量值之比为 (6R+2Z1) ∶Z0;反射分量与反射耦合分量极性相同, 量值相等。其中, Z0、Z1为线路零模和1模波阻抗, R为故障相经过星网变换等值电路中对地的纯电阻。
当单相接地故障发生时, 零模初始行波到达母线M后发生反射。当该反射波分量到达故障点f时, 由于耦合现象, 其一部分转化为线模分量后发生反射;另一部分仍为零模分量发生反射, 折射行波遵循同样的规律。而线模分量的反射波到达故障点f后的折反射情况同样类似。也即对于线路上不完全解耦的线模分量而言, 故障点反射波由2个分量组成:第1个分量为零模耦合分量, 第2个分量为原本固有的线模反射分量, 2个行波分量均以线模波速向母线M行进。而且2部分反射波将先后到达母线M。当故障点反射波发生第2次折反射时, 又会产生模量耦合现象。如果线、零模波速已知, 可以分析在不同的故障点产生的行波前几个波头的性质。
以单一线路为例, 设线路全长为L, 故障距离为lf (下标f指故障) , 线模波速为v1, 零模波速为v0。故障发生时刻为t0, 故障初始行波到达测量点的时刻为t1, 故障点反射波的线模分量到达测量点的时刻为t2, 故障点反射波 (或是对端母线透射波) 的零模耦合分量到达测量点的时刻为t3, 对端母线反射波透射到测量点的时刻为t4。故障点第2次反射波 (或是对端母线第2次反射波) 的线模分量到达测量点的时刻为t5。由于线模波速大于零模波速, 因此故障点反射波的线模分量必先于故障点反射波的零模耦合分量到达测量点;而对端母线透射波的线模分量也必先于对端母线透射波的零模耦合分量到达测量点。对于故障点反射波的零模耦合分量有如下方程成立:
4.2.1 0 当0 此时到达测量点的第1个行波波头为故障初始行波, 第2个波头为故障点反射波的线模分量, 第3个波头可能为故障点反射波的零模耦合分量或是对端母线透射波的线模分量。而对于对端母线反射波的线模分量有如下方程成立: 由方程式 (21) (22) 可得, 当 时, t3 4.2.2 L/2 当L/2 此时到达测量点的第1个行波波头为故障初始行波, 第2个波头为对端母线透射波的线模分量。第3个波头可能为对端母线透射波的零模耦合分量或是故障点反射波的线模分量。对于对端母线透射波的零模耦合分量有如下方程成立: 而对于故障点反射波的线模分量有如下方程成立: 由方程式 (23) (24) 可得, 当 时, t3>t2即对端母线透射波的零模耦合分量后于故障点反射波的线模分量到达测量点, 第3个波头为故障点反射波的线模分量, 第4个波头为对端母线透射波的零模耦合分量。当 时, t3 4.2.3 特殊情况 当 时, 故障点反射波的零模耦合分量将与对端母线透射波的线模分量同时到达测量点。 时, 对端母线透射波的零模耦合分量将与故障点反射波的线模分量同时到达测量点。而当lf=L/2时, 故障点反射波的线模分量与对端母线透射波的线模分量同时到达测量点, 故障点反射波的零模耦合分量与对端母线透射波的零模耦合分量也同时到达测量点。 5 仿真分析及结果 5.1 仿真分析 仿真实验模型采用B型混合方式, 进行设置如下:架空Ⅰ段的长度43.95 km, 电缆长度12 km, 架空Ⅱ段的长度58.6 km, 电压等级为220 k V;为考虑过渡电阻对本测距方法的影响, 分别针对过渡电阻为0、100Ω、300Ω和500Ω情况下的故障测距仿真;采样频率为1 MHz, 对应线模波速v1=292 517 km/s, 零模波速v0=229 917 km/s, 对故障暂态波形采用B样条小波进行小波变换, 求取模极大值。 为了判断在不同故障点所产生的电流行波各模量的性质, 针对在架空Ⅰ段、电缆段和架空Ⅱ段处发生单相接地故障进行仿真, 由于之前的区段定位法可以准确地判断在连接点处的故障距离, 所以在此仿真中不需要针对连接点处的故障进行行波分析。故障位置如图5所示。 5.1.1 F1处发生故障 当在F1处发生故障时, 相应电流波形i1、i0和小波分析结果W及模极大值Wmax, 如图6所示, 可以得知当在F1处发生故障时, 线模分量的前4个模极大值分别是:初始行波 (正极性) 、架空Ⅰ段与电缆连接点反射波 (负极性) 、故障点反射波的耦合波 (正极性) 和故障点反射波 (正极性) , 它们依次到达M端的时间为0.0011 s、0.0012 s、0.001 27 s、0.001 3 s, 计算结果与仿真结果一致, 可见第3个波头为耦合波。零模分量的前4个模极大值分别是:初始行波 (正极性) 、架空Ⅰ段与电缆连接点反射波 (正极性) 、故障点反射波的耦合波 (负极性) 和故障点反射波 (正极性) 。 5.1.2 F2处发生故障 当在F2处发生故障时, 根据仿真模型和小波分析结果, 如图7所示, 可以得知当在F2处发生故障时, 线模分量的前4个模极大值分别是:初始行波 (正极性) 、电缆与架空Ⅱ段连接点反射波 (正极性) 、故障点反射波的耦合波 (负极性) 和故障点反射波 (负极性) , 它们依次到达M端的时间为0.001 25 s、0.001 35 s、0.001 42 s、0.001 45 s, 计算结果与仿真结果一致, 可见第3个波头为耦合波。零模分量的前4个模极大值分别是:初始行波 (正极性) 、电缆与架空Ⅱ段连接点反射波 (负极性) 、故障点反射波的耦合波 (正极性) 和故障点反射波 (负极性) 。 5.1.3 F3处发生故障 当在F3处发生故障时, 根据仿真模型和小波分析结果, 如图8所示, 可以得知当在F3处发生故障时, 线模分量的前4个模极大值分别是:初始行波 (正极性) 、电缆与架空Ⅱ段连接点反射波 (正极性) 、故障点反射波的耦合波 (正极性) 和故障点反射波 (正极性) , 它们依次到达M端的时间为0.001 35 s、0.001 45 s、0.001 52 s、0.001 55 s, 计算结果与仿真结果一致, 可见第3个波头为耦合波。零模分量的前4个模极大值分别是:初始行波 (正极性) 、电缆与架空Ⅱ段连接点反射波 (正极性) 、故障点反射波的耦合波 (正极性) 和故障点反射波 (正极性) 。 综上所述, 这种综合利用线模和零模分量进行B型混合线路故障测距的基本思想是:在判断了故障区段的基础上, 如果线模和零模第2个波头是同极性, 则表明是故障点反射波;否则代表为对端母线反射波, 则再寻找线模和零模第2次与其各自初始行波都同极性的波头, 此波头则为故障点反射波, 可以用其模极大值对应的采样点数进行精确的故障测距。 5.2 仿真结果 针对不同的过渡电阻和不同的故障点进行仿真, 具体的仿真测距结果如表3所示。 仿真结果表明, 该方法针对混合线路的测距具有较高的准确性和有效性。 6 测距流程和行波测距装置 6.1 测距流程 测距流程如图9所示。 6.2 行波测距装置 XB2010测距装置是采用嵌入式技术来设计和开发的, 嵌入式系统是以应用为中心, 以计算机技术为基础。装置如图10所示。 XB2010测距装置硬件由高速行波采集卡、DSP卡、ARM板和工控机等组成, 时间信号由GPS引入, 线路信号由电流、电压互感器二次侧信号经过变送单元再经过光电隔离引入。 7 结论 本文针对电缆-架空混合线路的结构特点和分布参数的复杂性, 在考虑了电流行波的线零模分量在故障点处发生耦合的基础上, 提出了一种先利用两端负序电气量推导出连接点处分布电流大小判断故障发生区段, 再利用行波测距装置准确进行故障定位的方法, 通过理论分析和电磁暂态仿真表明: a.该方法针对电缆-架空混合线路故障测距具有较高的准确性和有效性; b.该方法的测量精度不受过渡电阻和两端电气量采样同步与否的影响; c.该方法有效地区分了线零模耦合分量和正常线零模分量, 减轻了耦合分量对有用波头采集的干扰; 关键词：架空线,电缆,不同类型区域,特征匹配原理 电力线路是城市电网的重要组成部分。目前,我国配电网中架空线路仍占较大比例,但随着城市化的发展,对用电可靠性和城市市容要求的提高,使得电缆线路使用率也在上升。与架空线路相比,电缆线路具有敷设不占用地上空间、可靠性高和不影响市容等优点,但也存在造价高、检修不方便等缺点。因此,对配电网规则改造过程中,对不同类型供电区域、不同情况下选择何种线路值得研究。然而,目前尚没有统一的网架评价标准,对某个特定供电区域到底适合用架空线路还是电缆线路没有一套全面、可操作的评价方法。因此,对两种电力线路在可靠性、经济性等方面进行定量分析计算与综合比较,研究其各自在不同类型供电区域使用的优缺点及适用情况,意义重大[1]。 1 架空线路与电缆线路的供电模型 本次研究将供电区域理想化为圆形,进行如下假设: 供电区域为一半径已知的圆,上级变电站位于圆心,供电半径为圆半径,区域内负荷均匀分布,同时率同为0.9,功率因数同为0.95[2]。参考目前大城市情况,供电区域内负荷密度分别选取20、30、50MW/km2;区域面积分别选择2、3、5km2。 架空线路接线模式采用典型的三分段三联络接线,为满足线路“N-1”安全准则,每条线路负载率为75%;电缆线路接线模式采用开关站接线,为满足线路“N-1”安全准则,每条线路负载率为50%[3]。架空线路和电缆线路的接线方式分别如图1和图2所示。 2 架空线路与电缆线路的特征分析 对架空线路与电缆线路的特征分析包括经济性和技术性分析这两个方面。经济性分析是在不同负荷密度和不同区域面积下,通过计算两种方案在相同负荷条件下的单位负荷年费用来评定两种方案的适用性。技术性分析本次采用上海市电网的评价指标体系,主要以供电可靠性、电能质量、资源需求和城市市容影响这几方面开展。 2.1 经济性分析 对架空线路和电缆线路的经济性分析,采取我国电力工业推荐采用的“最小年费法”进行动态经济比较,计算费用主要包括变电站和线路两个方面。 下面分别就相同供电区域不同负荷密度和相同负荷密度不同供电区域的情景进行计算分析,比较架空线路和电缆线路的经济性。不同负荷密度(10、20、30MW/km2)和不同供电面积下的供电区域的单位负荷年费用情况如图3和图4所示。 图3是供电区域面积为3km2,负荷密度分别为10、20、30MW/km2时架空线路和电缆线路的单位负荷年费用情况。从图3中可以看出,在相同供电区域面积、不同负荷密度情况下,架空线路经济性均优于电缆线路。 图4是负荷密度为30MW/km2,供电区域面积分别为2、3、5km2时,架空线路和电缆线路的单位负荷年费用情况。从图4中可以看出,在相同负荷密度、不同供电区域面积情况下,架空线路经济性也均优于电缆线路。 从图3和图4中的柱状图可以看出,不论在何种负荷密度和供电面积下,对于相同负荷容量,架空线路的单位负荷年费用约为电缆线路的1/2。根据具体的经济性计算结果评定: 架空线路的经济性为好,而电缆线路的经济性为差。 2.2 技术性分析 1) 可靠性分析。 可靠性主要是考察电力线路的故障率。每百公里架空线路的故障率为1～4次/a,而每百公里电缆线路的故障率为0.5～3次/a[2],因此电缆线路的供电可靠性优于架空线路。因此可靠性结果评定为: 架空线路为一般,电缆线路为较好。 2) 电能质量分析。 反映电能质量的指标主要有电压偏移率、电压合格率、电压畸变率、电压波动、电压闪变、三相不平衡度和无功补偿度[3,4]。本次评价主要从电压偏移角度反映电能质量,经建立模型计算得到,架空线路的电压偏移要大于电缆线路的电压偏移。因此电能质量结果评定为: 架空线路的电能质量为一般,电缆线路的电能质量为好。 3) 资源需求分析。 架空线路为地上布置,需要一定量的通道和安全距离,电缆线路的布线主要以地下的电缆通道为主,而城市中地下空间相比地上空间更宽裕。因此资源需求分析评定结果为: 架空线路的资源需求为较高,电缆线路的资源需求为较低。 4) 城市市容影响分析。 由于架空线路占用较多的城市空间资源,其不合理的线路布置将严重影响城市形象;而电缆线路入地布置,不占用城市地上空间资源,对整体城市市容影响较小。因此城市市容影响评定结果为: 架空线路的城市市容影响为差,电缆线路的城市市容影响为好。 2.3 架空线路与电缆线路的特征比较 综上所述,得到架空线路和电缆线路的特征比较结果如表1所示。 3 不同类型供电区域的区域特征分析 本次研究将主要供电区域按用地性质划分为市郊农业区、市郊工业区、中小城镇、大城市核心区这4个典型区域。结合架空线路和电缆线路的特征分析结果,选定经济性、供电可靠性、电能质量、资源需求和城市市容影响这5个方面为不同供电区域供电网络的特征。其中,资源需求主要为给定供电区域土地及电网通道的稀缺程度。下面着重就这4个典型区域特征进行分析。 3.1 市郊农业区 农业用电负荷包括农村居民用电、农村生产与排灌用电、农村工商业用电等。在我国,两者的差别依然很大。从经济性方面看,市郊农业区供电区域面积大、负荷较为分散、负荷密度较小,因此对供电网络经济性的要求较高。从负荷分类的角度,农业用电负荷主要集中在三级负荷,因此对电网供电可靠性要求相对较低。从电能质量的角度,由于农村用电负荷密度较低,且多为生活用电,负荷等级又较低,因此对电能质量的要求低。从资源需求角度,由于市郊农业区,大部分为农田,其电网通道较为宽裕。从城市市容影响角度,由于市郊农业区属于偏远地区,其对城市市容影响小。 3.2 市郊工业区 工业用电具有负荷集中、连续性强的特征。由于市郊工业区具有供电面积大、负荷密度较高,且功率因数较低的特点,就经济性而言,因工业企业本身讲究效益,因此对供电网络的经济性有一定要求。从负荷分类的角度,工业用电的负荷主要为二级负荷,特别是对于一些精密仪器加工企业,其对供电质量要求相当高,因此市郊工业区对电网供电可靠性和电能质量都有较高要求。从资源需求角度看,由于工业区大多处于市郊,而且市政道路设施比较完善,因此电网通道较为宽裕。从城市市容影响角度,由于市郊工业区一般位于远离城市的偏远地区,其对城市市容影响要求较小。 3.3 中小城镇 中小城镇主要是指二、三线城市及一线城市的郊区新城和大型商住区,负荷主要以居民用电为主,可靠性要求和电能质量要求相对不高。由于中小城镇区域面积不大,负荷相对较集中,负荷密度中等,因此对供电网络经济性要求相对于市郊农业区和市郊工业区较低,但因中小城镇电网通道相对紧张,对资源需求有一定要求。从城市市容影响角度,由于中小城镇经济较发达,离城市中心区较近,其对城市市容影响要求一般。 3.4 大城市核心区 大城市核心区一般面积不大,但负荷密度很高,而且负荷多为一、二类负荷,其对供电可靠性要求极高,对电能质量要求较高,但对供电网络的经济性要求不高。由于大城市核心区用地紧张,电网通道相当紧张,其对城市市容影响大。 3.4 不同类型供电区域的特征比较 综上所述,对4个典型区域的供电特征比较结果如表2所示。 4 架空线路和电缆线路在不同类型供电区域适用性的特征匹配 4.1 特征匹配原理 设有某特征e,其特征值域为F,称映射N∶F×F→[0,1]为e的贴近度算子,如果N满足N(fi,fj)=1,且N(fi,fj)=N(fj,fi)(fi,fj∈F)。N(fi,fj)称为x与y的贴近度。贴近度用来描述特征值对应标度之间的相近程度。本文贴近度算子N(fi,fj)取: 1≤i,j≤t (1) 式中: i、j表示特征的标度值为i、j;f为综合函数,能根据每个特征的量化标度得到综合标度,fi、fj表示特征的标度值为i,j的综合标度值;t表示每个特征的最大标度值,其大小依标度大小而定。 应用贴近度算子与综合函数可构造匹配度算子S(a,b): S(a,b)=fm[N1(a1,b1),…,Nm(am,bm)] (2) 式中: fm为特征m的综合函数;Nm(am,bm)为am,bm的贴近度。 在计算中选取加权平均函数作为综合函数,即为m类特征分别赋权重,形成权重向量W: W=(W1,W2,…,Wm)T,满足 式中: Wj为第j类特征标度值的权重;Xj为第j类特征的综合标度值。 由此可得到匹配度算子: 设特征集E={e1,e2,…,em},其中ej(j=1,2,…,m)表示电网的第j个特征。特征e所有可能的标度取值组成的集合称为该特征的特征值域F。特征集E中所有特征的特征值域的叉积称为E的模式空间,记为L,即L=F1×F2×…×Fm。配电网中所有待选的供电模式构成一个标准模式集: 假设有n种供电模式,每种模式均用m类特征描述,则可用向量(c1,c2,…,cm)表示,即可得到一个m×n的矩阵,矩阵的每一列分别代表一种供电模式的所有待匹配特征。对应统一地区要求特征和电网特征指标后,待识别模式即被匹配的地区也可以用一个1×m的列向量来表示其所有特征。然后,利用匹配算子对模型构造中的矩阵数据计算得到的一列矩阵,即为待匹配地区分别与配电网中各种供电模式的匹配度。此列矩阵中值最大者即为与该地区最匹配的供电模式。 4.2 统一量化特征 根据大量研究结果表明,量化地区特征及网架特征时,用来描述特征值对应标度之间的贴近度N,在量化过程中统一采用1～5标度,即1,2,…,5依次分别代表特征的某种程度。例如对于用户供电可靠性特征来说: 1代表用户供电可靠性要求低,2代表较低,3代表一般,4代表较高,5则代表高。同理可得1～5标度在其他特征中的描述。 对经济性特征、供电可靠性特征、电能质量特征、资源需求特征和城市市容影响特征的描述如表3～表7所示。 根据表3～表7所确定的网架特征和地区要求特征,分别得到网架和地区的特征向量(见表8～表9)。在表8和表9中,特征向量按照经济性、供电可靠性、电能质量、资源需求和城市市容影响的顺序排列。 在匹配计算中,先计算各个标度值之间的贴近度,由于统一采用了1～5标度,因此对于每一个特征各标度值,其贴近度均为相同值。由式(1)可计算1～5标度各取值的贴近度N。由于采用1～5标度,因此式(1)中参数t取5,可得特征标度值的匹配度如表10所示。 根据各个地区对不同接线模式的特征需求,构造出权重向量。如: 大城市核心区要求供电可靠性高,资源利用率高,城市市容影响好,而供电网络的经济性可不作为关键因素,则4类典型区域权重向量构造如表11所示,表11中权重向量的排列顺序同表8中特征向量的排列顺序。 4.3 特征匹配计算 根据量化特征时的取值标度计算各特征标度值之间的贴近度,然后综合考虑地区需求特征并根据模式空间所选取的匹配算子,计算得出地区与各种供电模式的匹配度,以此寻求最佳匹配方案。 从得到的特征向量和权重向量,采用式(4)为综合函数,通过计算得出各地区与电缆线路和架空线路的匹配值,值越大,表明匹配度越高。 4个区域匹配值如表12所示。 4.4 计算结果分析 经特征匹配计算分析可知,架空线路和电缆线路在不同地区的适用性: ①市郊农业区与架空线路匹配值最高,适合采用架空线路;②大城市核心区与电缆线路匹配值最高,适合采用电缆线路。③市郊工业区与架空线路匹配值最高,更适合采用架空线路,但是两者的差距不大;④中小城镇与电缆线路匹配值最高,更适合采用电缆线路,但是两者差距亦不大。因此,还应综合考虑市政建设要求、环境、未来发展裕量的条件,这里所得到的匹配值仅供参考。 在实际的配电网规划决策中,需要考虑到的因素也不仅仅只是以上4个方面的特征,而在特征的标度确定方面,也应该有更加完善的计算机制。本文仅限于提出一种相对准确直观的决策方法,综合考虑各种条件和限制因素,然后得到最佳的规划方案。 5 结语 1)目前,对某个区域是采用架空线路还是电缆线路的供电方式,没有一套全面、可操作的评价方法,由此对架空线路与电缆线路在不同类型供电区域的适用性进行了研究。 2) 本文引入了架空线路和电缆线路在不同类型供电区域适用性的特征匹配原理,针对网架特征和地区需求特征进行匹配计算分析,最后得到了较好的匹配结果,能够为相关区域配电网规划改造提供指导。 3) 由于本文所构建的网架模型过于理想化,特征匹配仅主要考虑了4个方面的因素,因此文中所提方法还有待进一步的改进、优化。在实际应用时,要综合考虑各种条件和限制因素,然后得到最佳的配电网规划改造方案。 参考文献 [1]王成山,王赛一,葛少云,等.中压配电网不同接线模式经济性和可靠性分析[J].电力系统自动化.2002,26(24):34-39. 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