- 頭條杭州自動化院專家提出電纜線路配置電流速斷保護的最大臨界長度2022-08-26 作者：張健 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語杭州自動化技術研究院的研究人員張健在2022年第4期《電氣技術》上撰文，采用PSCAD仿真軟件，對多種截面的長電纜線路空載合閘過程進行仿真分析，找出電纜線路空載合閘電流與電纜長度的關系，并仿真分析空載合閘電流的衰減過程。 作者根據繼電保護整定的基本原理，確定常用電纜線路配置電流速斷保護的最大臨界長度，給出長電纜線路保護配置的建議。根據10kV斷路器、負荷開關等設備開斷容性電流的能力，分析不同截面的電纜線路對應的長度，以及現有補償方案的不足，當線路超過該長度時，需要對斷路器或隔離手車等設備提出特殊訂貨要求。
研究背景
隨著電力電纜制造水平的不斷提高，對于具有大量饋線的10kV等級配電網，電力電纜逐漸取代架空線路成為主要的饋電方式。然而，電力電纜單位長度電容值較大，通常為同截面架空線的10倍以上。
離變電所較遠的山區村莊、度假村及高速鐵路等供電線路都普遍較長，達到20km以上，線路的充電功率大，電纜線路的分、合閘暫態過程比架空線更為復雜，其容性無功補償、中性點接地方式及繼電保護整定原則均與架空線路或短電纜線路存在差異，需要進行詳細研究。
目前國內外專家學者對10kV長電纜線路的研究往往集中于合閘過電壓及其與線路型式、長度的關系，以及相應的設備選型策略，但未對長電纜線路的合閘電流及其規律，以及合閘電流對繼電保護配置的影響進行分析。
論文所解決的問題及意義
本文采用PSCAD仿真軟件，建立在實際工程中應用較廣的幾種截面的10kV空載長電纜線路暫態過程的仿真模型，對長電纜線路的合閘電流、空載電容電流、末端短路電流等進行計算，提出電力電纜長度的約束條件，以及相應的電纜線路配置選型設計方案，為電纜線路設計及斷路器選型、繼電保護整定值設置提供參考。
圖1
論文方法及創新點
本文以某10kV饋電線路為例，基于PSCAD仿真軟件，研究電纜參數、線路長度與合閘電流的關系。根據圖1所示的等效電路，建立3×95mm2電纜不同長度下的合閘仿真模型，仿真得到合閘電流與線路長度關系如圖2所示。
圖2
線路長度為5km時合閘電流波形如圖3所示，由圖3可以得出，合閘電流在到達峰值后會迅速衰減，在20ms內達到穩態。隨電纜截面增大，波阻抗降低，最大合閘電流增加。
圖3
以3×95mm2電力電纜線路為例，最大短路電流Ikmax為線路末端發生兩相短路時的短路電流，其與線路長度的關系如圖4所示。由圖4可知，線路最大短路電流隨長度增加而減小，與合閘電流趨勢相反。
圖4
以3×95mm2電力電纜線路為例，線路長度為54km時的空載線路電流波形如圖5所示。由圖5可知，3×95mm2電纜線路長度達到54km時，空載電流有效值為25A。
圖5
結論
本文在電纜基本分布參數基礎上，利用PSCAD仿真軟件，對10kV長電纜線路空載合閘過程展開分析，得到如下結論：
1）3×95mm2電纜長度小于5km時，線路空載合閘電流與長度基本成正比例關系，長度大于5km以后，合閘電流基本不再增加。
2）合閘電流與電纜波阻抗相關，電纜截面越大，波阻抗越小，合閘電流越大。
3）電纜線路存在電流速斷保護的臨界長度，當電纜線路長度大于該臨界長度后，建議線路配置電流差動保護。
4）電纜長度超過25A空載容性電流對應長度時，需要對斷路器提出特殊要求。
本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文作者為張健，1962年生，高級工程師，主要從事輸配電網設備設計制造及運行研究工作。本課題得到了“國網浙江省電力有限公司科技項目”的支持。
引用本文
張健. 10kV長電纜空載線路合閘過程分析與應對策略[J]. 電氣技術, 2022, 23(4): 87-91. ZHANG Jian. Analysis and countermeasures of closing process of 10kV no-load long cable line. Electrical Engineering, 2022, 23(4): 87-91.
