CN113949051A - 一种电缆金属护套环流抑制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电缆金属护套环流抑制装置及方法，所述装置包括：第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路；其中，所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路均包括三段金属护套；所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的三段金属护套交叉互联；所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路分别通过一环流抑制器接地，所述环流抑制器用于对所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流进行抑制。本发明提供的方案能够抑制护套环流，保护电路。

Description

一种电缆金属护套环流抑制装置及方法

技术领域

本发明涉及电缆金属护套环流处理技术领域，特别是指一种电缆金属护套环流抑制装置及方法。

背景技术

高压单芯电缆在长距离输电时，由于感应电压过高等因素而采取分段连接，在一回线路中每三段就会组成一组交叉互联回路，原则上三段都是完全相等，通过三相的交叉互联，就会完全抵消感应电势，接地电流为零，但是由于实施现场各种条件制约，导致三段长度不一致，或者当三相的负载电流不相等时，电缆的外护套上通过三相的交叉互联不能完全抵消，形成电缆金属护套环流，有时电流过大而导致护套发热严重，降低电缆本身的输电能力。当出现单相短路故障时，流过电缆金属护套感应电压增加，瞬时环流增大，继而在电感的两端形成很高的电压，可能会烧毁电感，检修人员也可能由于电感两端形成高压受伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电缆金属护套环流抑制装置及方法，可有效抑制电缆金属护套环流。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种电缆金属护套环流抑制装置，包括：第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路；其中，

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路均包括三段金属护套；

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的三段金属护套交叉互联；

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路分别通过一环流抑制器接地，所述环流抑制器用于对所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流进行抑制。

可选的，所述第一电缆金属护套回路包括，顺序连接的第一段金属护套、第二段金属护套以及第三段金属护套；

所述第二电缆金属护套回路包括，顺序连接的第四段金属护套、第五段金属护套以及第六段金属护套；

所述第三电缆金属护套回路包括，顺序连接的第七段金属护套、第八段金属护套以及第九段金属护套；

所述第一段金属护套还与所述第五段金属护套电连接；

所述第二段金属护套还与所述第六段金属护套电连接；

所述第四段金属护套还与所述第八段金属护套电连接；

所述第五段金属护套还与所述第九段金属护套电连接；

所述第六段金属护套还与所述第二段金属护套电连接；

所述第七段金属护套还与所述第三段金属护套电连接。

可选的，所述第三段金属护套通过第一环流抑制器接地；

所述第六段金属护套通过第二环流抑制器接地；

所述第九段金属护套通过第三环流抑制器接地。

可选的，所述第一环流抑制器包括：第一氧化锌阀片以及与所述第一氧化锌阀片电连接的第一电感；

所述第二环流抑制器包括：第二氧化锌阀片以及与所述第二氧化锌阀片电连接的第二电感；

所述第三环流抑制器包括：第三氧化锌阀片以及与所述第三氧化锌阀片电连接的第三电感。

可选的，所述第一段金属护套、所述第四段金属护套以及所述第七段金属护套接地。

可选的，所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流通过以下步骤获得：

根据第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的参数，获得第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的感应电压与互感组合；

根据所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的感应电压与互感组合获得系数矩阵；

根据所述系数矩阵获得所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流。

可选的，电缆金属护套环流抑制装置还包括：

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路分别设置一接地的回流线。

可选的，所述回流线上的电阻满足：

(IF-I_P)×R₁-I_p×Z_pp+IF×Z_PA＝I_p×R₂；

其中，I_P为通过回流线的电流；IF为接地短路电流，Z_PP为回流线以大地为回路的自感阻抗；Z_PA为所述第一电缆金属护套回路的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗，R₂为回流线的接地电阻，R₁为接地电阻。

可选的，所述回流线上的电压通过以下公式获得：

E_A＝(IF-I_p)×R₁+IF×Z_SA-I_p×Z_PA

E_B＝(IF-I_p)×R_l+IF×ZSB-I_p×Z_PB

E_C＝2(IF-I_p)×R₁+IF×Z_SC-I_p×Z_PC

其中，E_A为所述第一电缆金属护套回路电压，E_B为所述第二电缆金属护套回路电压，E_C为所述第三电缆金属护套回路电压；Z_SA为所述第一电缆金属护套回路的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗，Z_SB为所述第二电缆金属护套回路的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；Z_SC为所述第三电缆金属护套回路的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；Z_PB为所述第二电缆金属护套回路的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗；Z_PC为所述第三电缆金属护套回路的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗。

本发明的实施例还提供一种电缆金属护套环流抑制方法，所述方法包括：

获得第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流；

通过分别与第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路电连接的环流抑制器对所述环流进行抑制。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，通过在三相护套回路上分别串联一个环流抑制器，当电缆金属护套感应电压、环流增大时，环流抑制器可以把形成高压进行及时导通到接地端，达到即抑制了电缆护套环流效果。

附图说明

图1是本发明的护套环流抑制装置示意图；

图2是本发明的护套环流计算原理图；

图3是本发明一实施例提出的线路发生单相接地故障分流作用示意图；

图4是本发明一实施例提出的回流线的现场敷设示意图；

图5是本发明一实施例提出电缆排管式敷设平排放置情况下回流线位置；

图6是本发明一实施例提出电缆排管式敷设三角形放置情况下回流线位置。

附图标号说明：1、第一段金属护套；2、第二段金属护套；3、第三段金属护套；4、第四段金属护套；5、第五段金属护套；6、第六段金属护套；7、第七段金属护套；8、第八段金属护套；9、第九段金属护套；10、氧化锌阀片；11、电感；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的实施例提出一种电缆金属护套环流抑制装置，包括：

第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C；

其中，所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C均包括三段金属护套；所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C的三段金属护套交叉互联；

所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C分别通过一环流抑制器接地，所述环流抑制器用于对所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C上的环流进行抑制。

该实施例中，三相电缆金属护套回路分段进行交叉互连，可以降低高压单芯电缆在长距离输电时，产生的高感应电压；同时所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C的三段金属护套交叉互联，可以抵消部分感应电势，降低电流；所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C分别电连接一环流抑制器，在发生单相短路故障时，通过环流抑制器将电缆金属护套产生的高压接入大地，进一步抑制环流，对线路起到保护作用。

本发明的可选的实施例中，所述第一电缆金属护套回路包括：顺序连接的第一段金属护套1、第二段金属护套2以及第三段金属护套3；

所述第二电缆金属护套回路包括：顺序连接的第四段金属护套4、第五段金属护套5以及第六段金属护套6；

所述第三电缆金属护套回路包括：顺序连接的第七段金属护套7、第八段金属护套8以及第九段金属护套9；

所述第五段金属护套5分别与所述第一段金属护套1、所述第九段金属护套9电连接；所述第八段金属护套8分别与所述第三段金属护套3、所述第四段金属护套4电连接；所述第二段金属护套2分别与所述第六段金属护套6、所述第七段金属护套7电连接。

本发明的一可选实施例中，所述第三段金属护套3通过第一环流抑制器接地；

所述第六段金属护套6通过第二环流抑制器接地；所述第九段金属护套9通过第三环流抑制器接地。

该实施例中，所述第一环流抑制器、所述第二环流抑制器、所述第三环流抑制器结构完全一致，用“第一”、“第二”、“第三”只是为了便于区分。所述第一电缆金属护套回路A的所述第三段金属护套3通过所述第一环流抑制器接地；所述第二电缆金属护套回路B的所述第六段金属护套6通过所述第二环流抑制器接地；所述第三电缆金属护套回路C的所述第九段金属护套9通过所述第三环流抑制器接地；当所述第一电缆金属护套回路A、所述第二电缆金属护套回路B、所述第三电缆金属护套回路C中有一相发生短路故障或者线芯电流增大时，电感两端电压增加，当电压超过保护器承受电压时，此时对应的环流抑制器可以将瞬间产生的高压及时到通到接地端，及时钳制住电感两端的电压，避免造成操作人员伤害及电感发热损坏现象。

本发明的一可选的实施例中，所述第一段金属护套1、所述第四段金属护套4以及所述第七段金属护套7接地。

本发明的一可选实施例中，所述第一环流抑制器包括：第一氧化锌阀片以及与所述第一氧化锌阀片电连接的第一电感；所述第二环流抑制器包括：第二氧化锌阀片以及与所述第二氧化锌阀片电连接的第二电感；所述第三环流抑制器包括：第三氧化锌阀片以及与所述第三氧化锌阀片电连接的第三电感。

该实施例中，所述第一环流抑制器、所述第二环流抑制器、所述第三环流抑制器均可以包括两个部分：第一部分是具有保护功能的氧化锌阀片10，第二部分是抑制环流的电感11，其实现工艺是用环氧浇注方式把所述氧化锌阀片10以及所述电感11密封，得到密封装置；可选的，在所述密封装置的外部用硅橡胶套再次密封，以达到防水防潮的效果。

如图2所示，本发明的一可选实施例中，所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C上的环流通过以下步骤获得：

步骤21，根据第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C的参数，获得第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C的感应电压与互感组合；

步骤22，根据所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C的感应电压与互感组合获得系数矩阵；

步骤23，根据所述系数矩阵获得所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C上的环流。

该实施例中，获取金属护套相关参数可以包括：获得各段金属护套半径、长度、单位阻抗，以及金属护套回路两端接地电阻、频率；由步骤21中的参数计算各相护套感应电压U及互感组合X_a1-X_an组成的矩阵，以及求得系数矩阵D，再由电压U及D，依据公式D*I_s＝U得出各相护套环流I_s值。

优选的，所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C的各段感应电势有如下关系：

E_SA1＝-(X_AAI_A+X_ABI_B+X_ACI_C)×L₁；

E_SA2＝-(X_AAI_A+X_ABI_B+X_ACI_C)×L₂；

E_SA3＝-(X_AAI_A+X_ABI_B+X_ACI_C)×L₃；

E_SB4＝-(X_BBI_B+X_ABI_A+X_BCI_C)×L₄；

E_SB5＝-(X_BBI_B+X_ABI_A+X_BCI_C)×L₅；

E_SB6＝-(X_BBI_B+X_ABI_A+X_BCI_C)×L₆；

E_SC7＝-(X_CCI_C+X_ACI_A+X_BCI_B)×L₇；

E_SC8＝-(X_CCI_C+X_ACI_A+X_BCI_B)×L₈；

E_SC9＝-(X_CCI_C+X_ACI_A+X_BCI_B)×L₉；

其中，X_AA、X_BB、X_CC分别为单位长度电缆线芯与该相电缆护层之间的互感，X_AB、X_AC、X_BC分别为单位长度其中某相电缆线芯与该小段另一相护层之间的互感；L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇、L₈、L₉分别为互联各小段电缆的长度；I_A、I_B、I_C分别为三相线芯流过三相平衡的正弦交流电流；

则所述第一电缆金属护套回路A的感应电压：U_A＝E_SA1-E_SA3；

所述第二电缆金属护套回路B的感应电压：U_B＝E_SB6-E_SB4；

所述第三电缆金属护套回路C的感应电压：U_C＝E_SC9-E_SC7。

如图3所示，本发明的一可选实施例中，电缆金属护套环流抑制装置还包括：所述第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C分别设置一接地的回流线。

该实施例中，在所述第一电缆金属护套回路A旁平行敷设第一回流线；在所述第二电缆金属护套回路B旁平行敷设第二回流线；在所述第三电缆金属护套回路C旁平行敷设第三回流线；所述第一回流线、所述第二回流线以及所述第三回流线的两端尽可能接地处理，当线路发生单相接地故障时，回流线中便会有接地故障电流流过，从而起到分流作用，降低回路电压。

该实施例中，所述回流线上的电阻满足：

(IF-IP)×R₁-I_p×Z_pp+IF×ZPA＝I_p×R₂；

其中，I_P为通过回流线的电流；Z_PP为回流线以大地为回路的自感阻抗；Z_PA为所述第一电缆金属护套回路A的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗，R₁为接地电阻，R₂为回流线的接地电阻；

Z_PA＝[r_g+j2ω×10^-4×k(De/S_Ap)]×L

Z_PP＝{r_p+[rg+j2ω×10^-4×Ln(De/G_MRp)]}×L

其中，r_p为回流线的电阻，G_MRp回流线的几何平均半径，L为电缆护套长度，De为电缆护套外层直径，r_g为大地电阻，S_AP为回流线对接地相电缆的平行间距。

为使流经回流线的电流I_P大一些，即使故障电流尽量多地流经回流线，应尽可能地使回流线的接地电阻R₂小一些，或使Z_Ap大一些，并且使Z_PP小一些。可知，因此必须减小S_Ap，让回流线尽可能地靠近电缆线路；欲减小Z_PP须减小r_p，同时增大G_MRp，即回流线的电阻要小，而它的半径要大，优选的，扩径导线。

可选的，所述回流线上的电压通过以下公式获得：

E_A＝(IF-I_P)×R₁+IF×Z_SA-I_P×Z_PA

E_B＝(IF-I_P)×R₁+IF×Z_SB-I_P×Z_PB

E_C＝2(IF-I_P)×R₁+IF×Z_SC-I_P×Z_PC

其中，E_A为所述第一电缆金属护套回路A电压，E_B为所述第二电缆金属护套回路B电压，E_C为所述第三电缆金属护套回路C电压；Z_SA为所述第一电缆金属护套回路A的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗，Z_SB为所述第二电缆金属护套回路B的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；Z_SC为所述第三电缆金属护套回路C的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；Z_PB为所述第二电缆金属护套回路B的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗；Z_PC为所述第三电缆金属护套回路C的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗。

在实际现场敷设回流线时，由于三相上的感应电压不同，在回流线上会造成感应电压，由于两端接地，所以在回流线上造成不必要的损耗。通常为了减小这个损耗，常将回流线敷设在三相电缆间距之内，如图4所示，避免三相电缆在正常运行时产生环流损耗。

优选的，在实际影响因素比较大时，在无法满足图4所示排列时，所述回流线尽量靠近电缆敷设，如图5和图6所示，当三相排管式敷设时，所述回流线敷设在两相中间位置，以保证电缆运行时在回流线上产生损耗最小。

本发明的实施例还提供一种电缆金属护套环流抑制方法，所述方法包括：获得第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C上的环流；通过分别与第一电缆金属护套回路A、第二电缆金属护套回路B以及第三电缆金属护套回路C电连接的环流抑制器对所述环流进行抑制。

该实施例中，所述方法是与上述装置对应的方法，上述装置实施例中的所有实现方式均适用于该方法的实施例中，当电路中发生单相短路故障时，通过环流抑制器将电缆金属护套产生的高压接入大地，进一步抑制环流，对线路起到保护作用。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，包括：第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路；其中，

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路均包括三段金属护套；

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的三段金属护套交叉互联；

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路分别通过一环流抑制器接地，所述环流抑制器用于对所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流进行抑制。

2.根据权利要求1所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，

所述第一电缆金属护套回路包括，顺序连接的第一段金属护套、第二段金属护套以及第三段金属护套；

所述第二电缆金属护套回路包括，顺序连接的第四段金属护套、第五段金属护套以及第六段金属护套；

所述第三电缆金属护套回路包括，顺序连接的第七段金属护套、第八段金属护套以及第九段金属护套；

所述第一段金属护套还与所述第五段金属护套电连接；

所述第二段金属护套还与所述第六段金属护套电连接；

所述第四段金属护套还与所述第八段金属护套电连接；

所述第五段金属护套还与所述第九段金属护套电连接；

所述第六段金属护套还与所述第二段金属护套电连接；

所述第七段金属护套还与所述第三段金属护套电连接。

3.根据权利要求2所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，

所述第三段金属护套通过第一环流抑制器接地；

所述第六段金属护套通过第二环流抑制器接地；

所述第九段金属护套通过第三环流抑制器接地。

4.根据权利要求3所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，

所述第一环流抑制器包括：第一氧化锌阀片以及与所述第一氧化锌阀片电连接的第一电感；

所述第二环流抑制器包括：第二氧化锌阀片以及与所述第二氧化锌阀片电连接的第二电感；

所述第三环流抑制器包括：第三氧化锌阀片以及与所述第三氧化锌阀片电连接的第三电感。

5.根据权利要求2所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，所述第一段金属护套、所述第四段金属护套以及所述第七段金属护套接地。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流通过以下过程获得：

根据第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的参数，获得第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的感应电压与互感组合；

根据所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路的感应电压与互感组合获得系数矩阵；

根据所述系数矩阵获得所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流。

7.根据权利要求1至5任一项所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，还包括：

所述第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路分别设置一接地的回流线。

8.根据权利要求7所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，所述回流线上的电阻满足：

(IF-IP)×R₁-I_p×Z_pp+IF×Z_PA＝I_p×R₂；

其中，I_P为通过回流线的电流，IF为接地短路电流，Z_PP为回流线以大地为回路的自感阻抗；Z_PA为所述第一电缆金属护套回路的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗，R₂为回流线的接地电阻，R₁为接地电阻。

9.根据权利要求7所述的电缆金属护套环流抑制装置，其特征在于，所述回流线上的电压通过以下公式获得：

E_A＝(IF-I_P)×R₁+IF×Z_SA-I_p×Z_PA；

E_B＝(IF-I_p)×R_l+IF×Z_SB-I_P×Z_PB；

E_C＝2(IF-I_P)×R₁+IF×ZSC-I_P×Z_PC；

其中，EA为所述第一电缆金属护套回路电压；

E_B为所述第二电缆金属护套回路电压；

E_C为所述第三电缆金属护套回路电压；

Z_SA为所述第一电缆金属护套回路的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；

Z_SB为所述第二电缆金属护套回路的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；

Z_SC为所述第三电缆金属护套回路的导线和故障相导线各以大地为回路的互感阻抗；

Z_PB为所述第二电缆金属护套回路的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗；

Z_PC为所述第三电缆金属护套回路的导线和回流线各以大地为回路的互感阻抗。

10.一种电缆金属护套环流抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

获得第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路上的环流；

通过分别与第一电缆金属护套回路、第二电缆金属护套回路以及第三电缆金属护套回路电连接的环流抑制器对所述环流进行抑制。

Images