CN108445357A - 一种长电缆耐压试验设备参数优选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，首先利用并联补偿串联谐振的接线方式得到谐振频率和品质因数的计算公式；建立数学优化模型，以电抗器组合数量最少为目标函数，以串联电抗器数量和并联补偿电抗器数量为变量，约束条件包括谐振频率、试验电压等；在约束条件的品质因数区间中选出电抗器最少的组合方式作为最佳电抗器组合接线方案，同时得到对应的品质因数、谐振频率、电抗器电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。本发明实现兼具试验成本和品质因数的最佳试验效果，为长电缆耐压试验提供了一种新的设备参数优选方法，提高了方案选择效率。
Description
技术领域
本发明属于输电线路测试领域，具体涉及一种长电缆耐压试验设备参数优选方法。
背景技术
随着现代化建设步伐的加快，城市供电需求不断增大，高电压长距离的电缆线路是未来发展的必然趋势。目前我国还缺乏对长距离电缆交接试验关键技术的研究，耐压试验是电缆交接试验中的关键一环，设计这些长距离电缆耐压试验方案时会遇到很多问题，如设备电压、电流、频率等各方面的约束。因此研究与探讨长距离电缆耐压试验方案以及具体的试验方法变得很有意义。
目前长电缆的耐压试验有两种方案，第一种采用单一的串联谐振，通过多个电抗器串联与试品电容并联形成谐振，该方案产生的回路电流高达几百安培，使得流过励磁变压器高压侧的电流大于其额定电流，需要增加多个变压器来分流解决问题，缺陷严重；第二种方案是采用串联谐振并联补偿的接线方案，以并联电抗器补偿试品电容量，提高了谐振频率，降低了回路电流，但如何从该方案中合理组合电抗器设备，获得较为理想的品质因数和较低的试验成本等问题一直没有得到解决，设计人员目前通过假设电抗器的各种组合方案，利用仿真比较方案的优劣性也未必能找到最佳方案。
发明内容
本发明的目的在于提高方案选择效率，提出一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，实现兼具试验成本和品质因数的最佳试验效果，解决最佳电抗器组合方案难以实现的技术问题。
本发明采用如下技术方案，一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，具体步骤如下：
1)采用并联补偿串联谐振的接线方式，推导试验方案的谐振频率和品质因数的计算公式；
2)建立数学优化模型，以电抗器组合数量最少为目标函数，以串联电抗器数量和并联补偿电抗器数量为变量，约束条件包括谐振频率、试验电压、试品电缆总电容、电抗器额定电流、变压器高压侧额定电压和变压器高压侧额定电流；
3)根据约束条件得到所有满足要求的电抗器组合，计算所有满足要求的电抗器组合中最大的品质因数；
4)在满足品质因数约束条件下得到品质因数区间，选出电抗器最少的组合方式作为最佳电抗器组合接线方案，同时得到对应的品质因数、谐振频率、电抗器电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。
优选地，谐振频率的计算方式具体为：
谐振电路的等值阻抗Z：
其中m为励磁变压器的台数，Rm为励磁变压器的内阻，R和L分别为所选电抗器的内阻和电感，n1为串联电抗器的台数，n2为的台数，C为试品电缆总电容，角频率w＝2πf，f为谐振频率，//表示并联运算；
当线路达到谐振状态时，线路等值阻抗Z虚部为0，电抗器上感抗值远远大于电抗器内阻，在计算谐振频率时忽略电阻，将电抗器看作纯电感，令R＝0，谐振频率为：
品质因数为:
其中等效电阻C'为并联补偿电抗器与电缆总电容C并联后的等效电容。
优选地，数学优化模型为：
目标函数：
T＝min(n1+n2)
约束条件：
通过电抗器的电流IL为:IL＝U0/(2πfL)，其中U0为试验电压；
变压器高压侧电流Ib为：
变压器高压侧输出电压Ub为：Ub＝U0/Q，Q为品质因数；
其中n为可供选择电抗器的台数，n1和n2分别为串联电抗器的台数和并联电抗器的台数，Ie和Ue分别为电抗器的额定电流与额定电压，f为谐振频率，Imax为试验采用的所有变压器高压侧额定电流，Umax为变压器高压侧额定电压。
优选地，所述步骤3)具体为输入试验设备参数，遍历串联支路和并联支路电抗器所有组合方式，所有满足约束条件的电抗器组合，计算所有满足条件的电抗器组合中最大的品质因数。
优选地，品质因数约束条件为Q(n1,n2)≥0.9Qmax，Qmax为满足设备约束条件下的最大品质因数，Q(n1,n2)为满足约束条件的品质因数函数，得到品质因数区间，选出电抗器最少的组合方案并计算对应的品质因数、谐振频率、流过电抗器的电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。
优选地，现有试验电抗器数量不满足约束条件时，增加电抗器的总数量直至满足约束条件。
发明所达到的有益效果：本发明是一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，实现兼具试验成本和品质因数的最佳试验效果，解决最佳电抗器组合方案难以实现的技术问题；根据已有的耐压试验设备，考虑所有约束条件，通过编程快速找到一种使用电抗器总数最少电抗组合方式，提高试验效率和经济性，对耐压试验方案有更全面的了解。
附图说明
图1是本发明接线示意图；
图2是本发明的参数优选流程图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
试品为220kV交联聚乙烯海缆，长度30km，等效电容为5.94μF。谐振电抗器额定电压：250kV，电感值26H，内阻值20Ω，额定电流50A，使用电抗器最大数量不超过10台；励磁变压器每台额定容量150kVA，输入电压500V/550V，高压侧最高电压3.41kV，最大通过电流44A；工作频率30～300Hz，投入使用的励磁变压器一共三台。
图1为本发明的接线示意图，图2是本发明的参数优选流程图，一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，具体步骤如下：
1)采用并联补偿串联谐振的接线方式，推导试验方案的谐振频率和品质因数的计算公式；
2)建立数学优化模型，以电抗器组合数量最少为目标函数，以串联电抗器数量和并联补偿电抗器数量为变量，约束条件包括谐振频率、试验电压、试品电缆总电容、电抗器额定电流、变压器高压侧额定电压和变压器高压侧额定电流；
3)根据约束条件得到所有满足要求的电抗器组合，计算所有满足要求的电抗器组合中最大的品质因数；
4)在满足品质因数约束条件下得到品质因数区间，选出电抗器最少的组合方式作为最佳电抗器组合接线方案，同时得到对应的品质因数、谐振频率、电抗器电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。
作为一种较佳的实施例，谐振频率的计算方式具体为：
谐振电路的等值阻抗Z：
其中m为励磁变压器的台数，Rm为励磁变压器的内阻，R和L分别为所选电抗器的内阻和电感，n1为串联电抗器的台数，n2为的台数，C为试品电缆总电容，角频率w＝2πf，f为谐振频率，//表示并联运算；
当线路达到谐振状态时，线路等值阻抗Z虚部为0，电抗器上感抗值远远大于电抗器内阻，在计算谐振频率时忽略电阻，将电抗器看作纯电感，令R＝0，谐振频率为：
品质因数为:
其中等效电阻C'为并联补偿电抗器与电缆总电容C并联后的等效电容。
作为一种较佳的实施例，数学优化模型为：
目标函数：
T＝min(n1+n2)
约束条件：
通过电抗器的电流IL为:IL＝U0/(2πfL)，其中U0为试验电压；
变压器高压侧电流Ib为：
变压器高压侧输出电压Ub为：Ub＝U0/Q，Q为品质因数；
其中n为可供选择电抗器的台数，n1和n2分别为串联电抗器的台数和并联电抗器的台数，Ie和Ue分别为电抗器的额定电流与额定电压，f为谐振频率，Imax为试验采用的所有变压器高压侧额定电流，Umax为变压器高压侧额定电压。
作为一种较佳的实施例，所述步骤3)具体为输入试验设备参数，遍历串联支路和并联支路电抗器所有组合方式，所有满足约束条件的电抗器组合，计算所有满足条件的电抗器组合中最大的品质因数。
作为一种较佳的实施例，品质因数约束条件为Q(n1,n2)≥0.9Qmax，Qmax为满足设备约束条件下的最大品质因数，Q(n1,n2)为满足约束条件的品质因数函数，得到品质因数区间，选出电抗器最少的组合方案并计算对应的品质因数、谐振频率、流过电抗器的电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。
作为一种较佳的实施例，现有试验电抗器数量不满足约束条件时，增加电抗器的总数量直至满足约束条件。
通过优选方法得出，n1＝3，n2＝3，品质因数Q＝79.26，流过电抗器的电流为42.15A，变压器输出电压为2.7253kV，变压器高压侧电流为42.15A。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用并联补偿串联谐振的接线方式，推导试验方案的谐振频率和品质因数的计算公式；
2)建立数学优化模型，以电抗器组合数量最少为目标函数，以串联电抗器数量和并联补偿电抗器数量为变量，约束条件包括谐振频率、试验电压、试品电缆总电容、电抗器额定电流、变压器高压侧额定电压和变压器高压侧额定电流；
3)根据约束条件得到所有满足要求的电抗器组合，计算所有满足要求的电抗器组合中最大的品质因数；
4)在满足品质因数约束条件下得到品质因数区间，选出电抗器最少的组合方式作为最佳电抗器组合接线方案，同时得到对应的品质因数、谐振频率、电抗器电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，其特征在于，所述步骤1)中，谐振频率的计算方式具体为：
谐振电路的等值阻抗Z：
其中m为励磁变压器的台数，Rm为励磁变压器的内阻，R和L分别为所选电抗器的内阻和电感，n1为串联电抗器的台数，n2为的台数，C为试品电缆总电容，角频率w＝2πf，f为谐振频率，//表示并联运算；
当线路达到谐振状态时，线路等值阻抗Z虚部为0，电抗器上感抗值远远大于电抗器内阻，在计算谐振频率时忽略电阻，将电抗器看作纯电感，令R＝0，谐振频率为：
品质因数为:
其中等效电阻C'为并联补偿电抗器与电缆总电容C并联后的等效电容。
3.根据权利要求1所述的一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，其特征在于，所述步骤2)中，数学优化模型为：
目标函数：
T＝min(n1+n2)
约束条件：
通过电抗器的电流IL为:IL＝U0/(2πfL)，其中U0为试验电压；
变压器高压侧电流Ib为：
变压器高压侧输出电压Ub为：Ub＝U0/Q，Q为品质因数；
其中n为可供选择电抗器的台数，n1和n2分别为串联电抗器的台数和并联电抗器的台数，Ie和Ue分别为电抗器的额定电流与额定电压，f为谐振频率，Imax为试验采用的所有变压器高压侧额定电流，Umax为变压器高压侧额定电压。
4.根据权利要求1所述的一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，其特征在于，所述步骤3)具体为输入试验设备参数，遍历串联支路和并联支路电抗器所有组合方式，所有满足约束条件的电抗器组合，计算所有满足条件的电抗器组合中最大的品质因数。
5.根据权利要求1所述的一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，其特征在于，所述步骤4)中品质因数约束条件为Q(n1,n2)≥0.9Qmax，Qmax为满足设备约束条件下的最大品质因数，Q(n1,n2)为满足约束条件的品质因数函数，得到品质因数区间，选出电抗器最少的组合方案并计算对应的品质因数、谐振频率、流过电抗器的电流、变压器高压侧电流和变压器高压侧输出电压。
6.根据权利要求1所述的一种长电缆耐压试验设备参数优选方法，其特征在于，现有试验电抗器数量不满足约束条件时，增加电抗器的总数量直至满足约束条件。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200609 |