直埋配电电缆应急负荷载流量的试验及其应用--中国期刊网

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直埋配电电缆应急负荷载流量的试验及其应用

发表时间：2021/5/20 来源：《基层建设》2020年第35期作者：汪有成

[导读] 摘要：为解决供电容量需求不断增加与城市新建配电电缆线路困难的矛盾，需要提高现有配电电缆的输送能力，而合理利用应急负荷载流量可以动态提高电缆输电能力。

        包头供电局内蒙古包头 014030
        摘要：为解决供电容量需求不断增加与城市新建配电电缆线路困难的矛盾，需要提高现有配电电缆的输送能力，而合理利用应急负荷载流量可以动态提高电缆输电能力。为此开发了10 kV XLPE电缆应急负荷载流量计算软件；通过现场应急负荷载流量试验，验证了软件计算的正确性。研究电缆线路应急负荷载流量与电缆负荷状态及应急时间的关系，以及应急负荷载流量与敷设回路数的关系，并进行应急载流量的应用研究。结果表明：应急负荷载流量大于持续负荷载流量；给定的应急时间越短，对应的应急负荷载流量越大；当前负荷电流越低，对应的应急负荷载流量越大；随着回路数的增加，应急负荷载流量减小，但短时载流能力的效果更突出。在运行阶段，应急负荷载流量可用于提高电缆的短时载流能力；在电缆线路设计阶段，可以减小电缆截面或回路数，提高电缆线路的经济性；应急负荷载流量应用在电缆应急故障中，可以减少停电转负荷操作，极大提高供电可靠性。
        关键词：直埋配电；电缆应急；负荷载流量；试验；应用
        引言
        随着城市用电负荷的不断攀升，需要新增电缆线路或提高原有线路的输送能力以满足供电需求。然而电缆造价高、投资大，城市地下管道密集，在地价持续走高的情况下，新增电缆线路异常困难。因此，无论从经济性还是从节能减排的角度出发，挖掘现有电缆线路的输送潜力才是解决供电容量需求与新建线路困难矛盾的有效途径。
        1.应急负荷载流量理论计算
        根据IEC60853，对于通以恒定电流1作稳态运行的电缆，从t=0时刻施加一个紧急负荷电流2（大于1），紧急负荷电流2由式（1）计算：

        式（1）中，r=θmax/θR（∞）；h1=I1/IR；t为应急负荷时间，h；I1为应急负荷前线路的稳态电流，A；θmax为施加紧急电流后由焦耳损耗引起的稳态温升，℃；θR（t）为在施加应急电流时间段 t 内由焦耳损耗引起的稳态温升，℃；θR（∞）为电缆以额定载流量运行时由焦耳损耗引起的稳态温升，℃；IR为电缆的稳态额定载流量，A；R1为电缆以电流I1运行时的导体交流电阻，Ω/ m；RR为电缆以额定载流量运行时的导体交流电阻，Ω/m；Rmax为施加紧急电流后最高导体温度下的交流电阻，Ω/m。
        2.应急负荷载流量试验
        2.1 试验现场
        在搭建配电电缆载流量试验场，开展初始状态为50%和80%载流量、应急时间为2 h的应急负荷配电电缆载流量试验，以及初始状态为 66%和 80%载流量、应急时间为4 h的应急负荷配电电缆载流量试验。试验电缆直埋敷设（埋深0.7 m），型号YJV22-8.7/15-3×240。利用经校核和标定的热电偶对试验电缆及土壤的温度进行监测。
        2.2 应急载流量试验方法
        试验前，测量5 m外土壤温度及土壤热阻系数，根据其测量值，计算电缆的持续负荷载流量；按照计算的持续负荷载流量值乘以 80%（或其它状态）来加载持续负荷试验电流，模拟电缆的稳定运行状态；待导体温度稳定后，根据当前加载的电流、导体温度的测量值、土壤温度及其热阻系数测量值，利用开发的三芯电缆应急负荷载流量计算软件计算 2 h（或其他应急时间）内的应急负荷载流量；按照计算的应急负荷载流量给试验电缆加载2 h的应急电流；2 h后将电流降低到原电流值[15-18]。在整个试验过程中，监测电缆的导体温度和外皮温度。
        2.3 50%载流量2 h应急负荷载流量试验及结果分析
        初始状态为 50%、应急时间为 2 h 的应急负荷配电电缆载流量试验（简称 50%载流量 2 h 应急负荷载流量试验）的试验周期为24 h。试验前，实测的试验场土壤温度为 21.70 ℃，土壤热阻系数为 0.95 K•m/W。采用三芯电缆载流量计算软件[19-20]，计算出三芯电缆的持续负荷载流量为537 A。给试验电缆施加 270 A（50%×537=268.5 A）的持续负荷电流模拟稳态运行状态，稳定后测量导体温度为40 ℃。根据稳态导体温度40 ℃、持续负荷电流270 A，利用开发的应急载流量计算软件，计算出当前状态下电缆在 2 h 应急时间内允许加载的电流最大值（即应急负荷载流量）为770 A。保守起见，先应急负荷载流量试验实际加载 755 A 的阶跃电流，2 h 后，将负荷电流降为 270 A。试验过程中监测电缆的导体温度、外皮温度及负荷电流如图1所示。

        图1 50%载流量2 h暂态应急载流量试验结果
        从图 1 可以看出，在 270A 稳态电流（50%的载流量）作用下，稳态时电缆导体温度约为40 ℃；根据计算的应急负荷载流量，加载 755 A 应急负荷 2 h 后，导体温度最大值为90 ℃，说明在50%载流量的初始状态下试验电缆 2 h 内应急负荷载流量为 755 A，而计算值为770 A，两者相差1.99%。说明三芯电缆应急负荷载流量计算软件计算的正确性。
        表1为应急负荷载流量试验结果。电缆载流量与土壤温度及其热阻系数相关，由于每次试验土壤温度和热阻都不相同，表1中给出电缆初始状态为各自试验条件下的测量值；根据定义，实际加载的应急电流即为应急负荷载流量的试验值。
        表1 应急负荷载流量试验结果

        从表1可以看出，根据电缆当前状态（包括电流和导体温度）和给定应急时间，给电缆施加计算软件计算的应急负荷载流量，应急时间内导体温度最大值在90 ℃左右，因而实际加载的电流即为当前状态、给定应急时间内的配电电缆应急负荷载流量。从表1还可以看出，不同当前状态和应急时间的应急负荷载流量的计算值与试验测试结果相差不超过 3%。由于试验测量值存在误差，所以可认为三芯电缆应急负荷载流量计算软件计算值与实测结果相当。
        3.结束语
        应急负荷载流量大于持续负荷载流量。相同负荷状态下，给定的应急时间越短，对应的应急负荷载流量越大；给定的应急时间一定时，当前负荷电流越低，对应的应急负荷载流量越大。随着回路数的增加，应急负荷载流量减小，但短时载流能力的效果更突出。在电缆线路设计阶段，合理利用应急负荷载流量可以减小电缆截面或回路数，降低成本。应急负荷载流量应用在电缆应急故障中，可以减少停电转负荷操作，缩短停电时间，提高供电可靠性。
        参考文献：
        [1]刘刚，雷成华.提高单芯电缆短时负荷载流量的试验分析[J].高电压技术，2011，37（5）：1288-1293.
        [2]雷成华，刘刚，阮班义，等.根据导体温升特性实现高压单芯电缆动态增容的实验研究[J].高电压技术，2012，38（6）：1397-1402.