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新型电缆隔电摹拟评估研究

2011-08-08 02:20:27中国电线电缆招标网

  

  1 10 kV XLPE电缆绝缘仿真分析

  1 1单相XLPE电缆

  以YJLV 22 10型、截面积120 mm 2的电缆为样品,参数为:运行电压10/ 3 kV ,工频50 Hz,电缆长度100 m,单位长度分布电阻R 0= 4 7821013 / m,分布电容C 0 = 2 603 10 - 10 F/ m,介质损耗因数tan 0 = 1/ ( C 0 R 0) = 1 606 7 10 - 6;100 m长度下电缆总电阻R = 4 782 10 11,总电容C= 2 603 10 - 8 F,接地不平衡电流i 0 = 7 5 mA.仿真时不考虑磁感应环流的影响(假设检测时已剔除) ,电缆仿真模型采用并联等效电路,如1所示, P、Q点分别为电缆的首、末端, F为单相局部绝缘故障点, R F为故障点绝缘电阻, CF为故障点绝缘电容, l 1、l2分别为故障点离电缆首、末端的距离, i 1和i2分别为电缆首、末端检测到的接地电流,接地不平衡电流i = i 1+ i2.

  1 1 1单相XLPE电缆整体绝缘老化或受潮

  电缆整体老化或受潮时可看作总电阻R逐渐减小而总电容C逐渐增大的过程,并满足tan 01 606 7 10- 6,当tan0 0 05时绝缘击穿。

  2示出了接地不平衡电流增量i与总电容增量C、总电阻增量R、介质损耗因数增量tan的关系曲线,其中i = i / i 0( i为绝缘逐渐劣化后监测得到的接地不平衡电流值) , C= lg( C / C 0) ,R = lg( R0 / R ) , tan = tan / tan 0.

  由2可以看出, C的变化引起tan的变化比R的变化引起tan的变化要灵敏;电缆在绝缘击穿的过程中存在着过渡过程,过渡期是3 2单相XLPE电缆整体绝缘老化或受潮时C、R、tan与i的关系R 5,在过渡期之前电流平稳,过渡期之后绝缘击穿不可避免,当i6时绝缘击穿。

  1 1 2单相XLPE电缆局部故障

  发生单相XLPE电缆局部故障时,假定在电缆上有个面积极小(零点几平方毫米)的绝缘故障,等效电路可看作在故障点并联一个绝缘电阻R F和绝缘电容CF,接地线电流的增量都是由与故障点并联的电阻、电容产生, 3示出了绝缘故障点F的位置为l2/ l1= 9时,随着绝缘劣化程度的增加( tan逐渐趋于0 05) , C/ C 0、R、tan与i的关系曲线, 4示出了3种不同程度的电缆绝缘局部故障时i1/ i2与l2/ l1的关系曲线。从4可以看出,随着局部绝缘故障严重程度的增加, i 1 / i 2与l 2 / l 1的相关性越来越明显,因此,可以通过检测i 1 / i 2来判断是否出现局部绝缘故障。由于l 2 / l 1与i 1 / i 2不成线性关系,很难通过测量单相的i 1 / i 2来准确定位故障点。

  3发生单相XLPE电缆局部故障时C / C 0、R、tan与i的关系由于是局部绝缘故障,接地不平衡电流的变化并不明显,所以要通过i1/ i 2来判断是否是局部绝缘故障。同一地点(如在l 2/ l1 > 1的某处)的绝缘4发生单相XLPE电缆局部故障时i 1 / i 2与l 2 / l 1的关系故障, i 1 / i 2的值会随故障点的故障严重程度而不同,绝缘越差,则i 1 / i 2的值越大。由3可以看出局部绝缘击穿没有过渡过程,当i 7 583 mA时局部绝缘击穿。

  1 2三相XLPE电缆接地不平衡电流仿真计算

  1 2 1仿真模型

  三相XLPE电缆绝缘故障的仿真模型如5所示,电力电缆的参数和前面提到的单相电缆的参数一样,由于三相X LPE电缆同时老化的概率极小,所以本文在此不作考虑,而XLPE电缆单相绝缘故障的概率要比两相或三相同时故障的概率高,所以在此只讨论单相绝缘故障时i与C/ C 0、R、tan的关系。对于三相电力电缆的局部故障,利用M atlab软件,以L1相局部R、C及故障位置的变化对XLPE电缆进行仿真计算,等效电路与单相局部故障一样,相当于在故障点并联绝缘电阻R F和绝缘电容C F。

  5三相XLPE电缆绝缘故障的仿真模型

  1 2 2仿真结果

  6示出了电缆局部故障点在L1相l 2 / l 1 = 9的位置、tan从1 606 7 10 - 6逐渐增大到0 05时, i、i 1、i 2与C / C 0、R、tan的关系曲线, 7示出了R = 3 75、C/ C 0 = 1 5时i 1 / i 2与l 2 / l 1的关系曲线。

  6三相XLPE电缆局部故障仿真计算结果7三相XLPE电缆局部故障时i 1 / i 2与l 2 / l 1的关系(R= 3 75、C / C 0 = 1 5)由可以看出, l 2 / l 1与i 1 / i 2成正比,与绝缘的恶劣程度无关,通过监测i 1 / i 2,就可以准确地定位局部绝缘故障点。由可看出,三相电缆局部绝缘击穿也存在击穿过渡过程,过渡期是2 5 R 4 7,过渡期之前电流几乎为零,过渡期后, i 70 A时电缆局部绝缘击穿。

  2仿真结果分析

  从以上的单相和三相绝缘故障仿真分析可以得出如下结果:

  a)电容C的变化引起的tan的变化比电阻R引起tan的变化要灵敏。

  b) X LPE电缆绝缘层的电阻、电容及介质损耗因数都能反映绝缘状况,其中电容与介质损耗因数的变化对接地不平衡电流的影响较明显。

  c)发生单相电缆局部绝缘故障时,同一地点(如在l 2 / l 1 > 1的某处)的绝缘故障, i 1 / i 2的值会随故障点的故障严重程度而变化,绝缘越差i 1 / i 2越大;而发生三相局部绝缘故障时, i 1 / i 2与l 2 / l 1成正比,可以通过监测i 1 / i 2来定位故障点。

  d)三相XLPE电缆整体老化时,接地不平衡电流i的变化量极小;而发生局部绝缘故障时,接地不平衡电流i的变化较为灵敏,较容易监测,可以通过监测该值来判定是否出现局部绝缘故障。

  e)无论是单相还是三,局部故障还是整体老化, i、i1、i2与R的关系曲线都存在过渡过程。

  f)绝缘击穿电流的判据与电缆长度、使用电压、电缆负载大小、原电缆(刚使用而未损坏时)参数等有关。对于YJLV22 10型、截面积为120 mm 2的电缆,可取i = 6为单相整体老化的判据;单相局部绝缘故障时, i 7 583 mA为单相局部绝缘击穿的判据;三相局部绝缘击穿的判据可取i 70 A.

  3结论

  本文通过M atlab软件对10 kV XLPE电缆进行整体和局部的绝缘故障仿真分析,通过选定某一类型电缆,对单相及三相电缆的介质损耗因数、电阻、电容在整体及局部老化直至击穿的过程都进行了仿真分析,对接地不平衡电流与绝缘电阻、绝缘电容、介质损耗因数及故障点所在位置的关系进行了分析,并得出了关系曲线,分析表明,监测接地不平衡电流可以判断出绝缘的好坏,而且可以确定故障点的位置,绝缘判据与电缆长度、使用电压、电缆负载大小、原电缆(刚使用而未损坏时)参数等有关。

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