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(wǎng)，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(yuǎn)的山區(qū)村莊、度假村及高速鐵路等供電線路都普遍較長，達(dá)到20km以上，線路的充電功率大，電纜線路的分、合閘暫態(tài)過程比架空線更為復(fù)雜，其容性無功補(bǔ)償、中性點接地方式及繼電保護(hù)整定原則均與架空線路或短電纜線路存在差異，需要進(jìn)行詳細(xì)研究。

目前國內(nèi)外專家學(xué)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(guān)系，以及相應(yīng)的設(shè)備選型策略，但未對長電纜線路的合閘電流及其規(guī)律，以及合閘電流對繼電保護(hù)配置的影響進(jìn)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(yīng)用較廣的幾種截面的10kV空載長電纜線路暫態(tài)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(jìn)行計算，提出電力電纜長度的約束條件，以及相應(yīng)的電纜線路配置選型設(shè)計方案，為電纜線路設(shè)計及斷路器選型、繼電保護(hù)整定值設(shè)置提供參考。

圖1

論文方法及創(chuàng)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(shù)、線路長度與合閘電流的關(guān)系。根據(jù)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(guān)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(dá)峰值后會迅速衰減，在20ms內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。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(fā)生兩相短路時的短路電流，其與線路長度的關(guān)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(dá)到54km時，空載電流有效值為25A。

圖5

結(jié)論

本文在電纜基本分布參數(shù)基礎(chǔ)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(jié)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(guān)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(guān)，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(hù)的臨界長度，當(dāng)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(hù)。

4）電纜長度超過25A空載容性電流對應(yīng)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(shù)》，論文作者為張健，1962年生，高級工程師，主要從事輸配電網(wǎng)設(shè)備設(shè)計制造及運(yùn)行研究工作。本課題得到了“國網(wǎng)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(yīng)對策略[J]. 電氣技術(shù), 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.