Page 41 - 网络电信2018年1/2月刊下

解 决 方 案

海底电力电缆过载能力分析及其试验验证

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张磊 1，2 俞恩科 张占奎 李琰 乐彦杰 1，2 敬强 1，2
1.国网浙江省电力公司舟山供电公司
2.浙江舟山海洋输电研究院有限公司
3.中国电力科学研究

摘要：基于海底电缆导体的温升原理，对其过载电流进行理论分析，并利用海底电缆热循环试验系统对典型
110kV海底电缆进行过载试验并进行数据拟合、分析，证明了对于某特定海底电缆在运行中的过载能力由海底电
缆导体初始温度和过载时间决定。利用MATLAB函数曲线分析这2 个因素对海底电缆过载能力的影响，得出其随着
导体初始温度和过载时间的增大而减小的结论。结合2条海底电缆短时过载导体温升曲线的比较，提出一种短时
过载情况下导体温升的简易算法，利用试验数据验证了该方法的可行性，为实际生产提供了参考。
关键词：海底电缆； 短时过载； 热循环试验； 导体温升

一、引言 内也有相关技术总结 ［7］ 。然而国内对海缆过载能力的研究仅停
海洋经济的快速发展、海岛用电量的增大对输电海底电 留在理论分析阶段，并未对实际海缆进行过载试验。本文通过
力电缆（下文简称海缆）的输送容量和短时过载能力提出了更 岸滩环境下的热循环试验系统对一段实际的110kV海缆进行过载
高要求。当遇到海缆线路故障抢修或者紧急供电等需求时，大 试验，通过理论分析结合数据比对研究海缆的过载能力；同时
部分海缆线路都存在输电瓶颈问题，往往还会出现拉闸限电现 提出一种海缆短时过载情况下导体温升的简易算法，为海缆输
象。然而敷设一条新的海缆线路又受到周期较长、航道限制、 电工程提供参考。
资金和路由空间有限等因素的制约。因此，从可持续发展和节
能减排的角度出发，为了解决供电容量需求与新敷设海缆线路 二、海缆导体温升原理
困难的矛盾，应将工作重心转移到挖掘现有海缆的载流量潜力 实际运行中，当电缆负荷电流突然发生变化时，由于电缆
上，短时增加海缆的载流量 ［1］ 。 内部热容的存在，温度不能发生突变，而是随时间逐渐变化，
海缆在运行状态下时，导体的温度是确定海缆是否达到载 经过一段过程后达到稳态。在达到稳态前，电缆处于非稳态温
流量的依据 ［2-3］ ，而海缆内部各层均存在一定的热容，导体温 度场中。通常采用热时间常数反映电缆导体温度变化的快慢。
度的响应速度严重滞后损耗变化速度 ［4-5］ 。实际上，海缆很少 一般而言，电缆系统可最终等值为热阻R和热容C的串联 ［11-12］ ，
长期运行在恒定负载下，了解海缆导体温度在负载变化情况下 如图1所示。图1中，系统对阶跃输入的响应为指数曲线，因
的动态响应过程更为重要。考虑负载随时间的变化，可对海缆 此根据电缆系统的热时间常数就可以得到导体温度响应的表达
暂态载流量进行分析。 式，从而计算导体温度。
电缆具有短时超出容许稳态载流量的应急过载能力，美、 图1中，Q c 为导体产生的热流；θ c 为待求导体温度；θ 0 为
苏、日等国家早有研究涉及 ［6-7］ ，国际大电网会议和国际电工 已知环境温度。则有以下热路方程：
_____
_______
dθ c θ c -θ 0
委员会早在20 世纪七八十年代就有相关标准和论述 ［8-10］ ，国 Q c =C （1）
+
dt R
64 网络电信 二零一八年一、二月