500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法

摘要

本发明公开了一种500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，首先确立500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式，然后由此提出优化控制措施，本发明的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法不仅能够满足电网企业对供电安全的控制要求，也能满足500kV电缆及架空混合线路的经济运行的要求；同时，本发明还将对城市电网规划中500kV电缆及架空混合线路的大量应用起到很好的指导作用。

权利要求

1.500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一：建立500kV电缆及架空混合线路的模型，针对各种不同的电缆敷设方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的电缆敷设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式；

所述步骤一包括：

步骤1a：建立500kV电缆及架空混合线路的模型；

步骤1b：将所述电缆敷设方式划分为直埋敷设、排管敷设、电缆沟敷设、电缆隧道敷设；

步骤1c：计算电缆在直埋敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在直埋敷设方式下的工频过电压数值 ；

步骤1d：计算电缆在排管敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在排管敷设方式下的工频过电压数值 ；

步骤1e：计算电缆在电缆沟敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在电缆沟敷设方式下的工频过电压数值 ；

步骤1f：计算电缆在电缆隧道敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在电缆隧道敷设方式下的工频过电压数值 ；

步骤1g：计算min[ 、 、 、 ]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的电缆敷设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式；

步骤二：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，针对各种不同的电缆排列方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的电缆排列方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆排列方式；

步骤三：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，针对各种不同的高抗配置方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的高抗配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的高抗配置方式；

步骤四：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，针对各种不同的MOA配置方式分别计算操作过电压数值，选取操作过电压数值最小者对应的MOA配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的MOA配置方式；

步骤五：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，针对各种不同的断路器合闸电阻装设方式分别计算操作过电压数值，选取操作过电压数值最小者对应的断路器合闸电阻装设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的断路器合闸电阻装设方式；

步骤六：基于步骤一、步骤二、步骤三、步骤四和步骤五确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式，提出优化控制措施。

2.根据权利要求1所述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤二包括：步骤2a：将所述电缆排列方式划分为垂直排列、水平排列、品字形排列；

步骤2b：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在垂直排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在垂直排列下的工频过电压数值 ；

步骤2c：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在水平排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在水平排列下的工频过电压数值 ；

步骤2d：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在品字形排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在品字形排列下的工频过电压数值 ；

步骤2e：计算min[ 、 、 ]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的电缆排列方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆排列方式。

3.根据权利要求1所述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤三包括：步骤3a：将所述高抗配置方式划分为加装高抗和不加装高抗；

步骤3b：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，计算得到电缆在加装高抗下的工频过电压数值 ；

步骤3c：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，计算得到电缆在不加装高抗下的工频过电压数值 ；

步骤3d：计算min[ 、 ]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的高抗配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的高抗配置方式。

4.根据权利要求1所述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤四包括：步骤4a：将所述MOA配置方式划分为在电缆和架空线路的连接处装设MOA和不装设MOA两种方式；

步骤4b：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，计算得到在电缆和架空线路的连接处装设MOA下的操作过电压数值 ；

步骤4c：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，计算得到在电缆和架空线路的连接处不装设MOA下的操作过电压数值 ；

步骤4d：计算min[ 、 ]作为操作过电压数值最小者，选取操作过电压数值最小者对应的MOA配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的MOA配置方式。

5.根据权利要求1所述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤五包括：步骤5a：将所述断路器合闸电阻装设方式划分为在断路器装设合闸电阻和不装设合闸电阻两种方式；

步骤5b：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，计算得到在断路器装设合闸电阻下的操作过电压数值 ；

步骤5c：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，计算得到在断路器不装设合闸电阻下的操作过电压数值 ；

步骤5d：计算min[ 、 ]作为操作过电压数值最小者，选取操作过电压数值最小者对应的断路器合闸电阻装设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的断路器合闸电阻装设方式。

说明书

500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，具体涉及一种基于五要素约束的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，本发明属于电气工程应用技术领域。

背景技术

[0002] 随着我国经济体制改革和产业结构调整的不断推进，国民经济持续、平稳、健康发展，电力需求日趋旺盛，负荷密度日益增大。国家“十二五”规划明确提出要发展特高压输电技术，进一步扩大输电容量，加快现代电网体系建设，完善区域主干电网。作为当前我国大部分地区的主干网架，500kV电网建设将得到进一步巩固和提高。然而，随着城市规划的要求越来越高，架空线路受地面、空间、环境保护和安全等条件限制越来越多，尤其是我国东部沿海地区经济较发达，线路走廊非常困难，拆迁难度和经济补偿大幅增加，使电网发展建设的难度和成本越来越大。与架空线相比，电缆具有供电可靠性高、不占地面与空间、对人身比较安全等优点，500kV电缆及架空混合线路在电网中得到越来越广泛的应用。

[0003] 由于电缆相对架空线具有很大的电容，500kV长距离电缆线路在电网中的应用将引起电网运行电压升高，可能产生较高的过电压，从而危及线路和设备的安全，对电网的稳定运行产生影响。

[0004] 目前，相关设计规程涉及线路过电压的部分主要是针对架空线，对于长距离、大截面高压电缆线路的过电压研究比较匮乏，实际工程应用中仅有极少的研究成果，对500kV电缆及架空混合线路的过电压尚缺乏全面、系统、典型的研究。

发明内容

[0005] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电缆及架空混合线路过电压优化控制方法。

[0006] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

[0007] 500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

[0008] 步骤一：建立500kV电缆及架空混合线路的模型，针对各种不同的电缆敷设方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的电缆敷设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式；

[0009] 步骤二：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，针对各种不同的电缆排列方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的电缆排列方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆排列方式；

[0010] 步骤三：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，针对各种不同的高抗配置方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的高抗配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的高抗配置方式；

[0011] 步骤四：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，针对各种不同的MOA配置方式分别计算操作过电压数值，选取操作过电压数值最小者对应的MOA配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的MOA配置方式；

[0012] 步骤五：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，针对各种不同的断路器合闸电阻装设方式分别计算操作过电压数值，选取操作过电压数值最小者对应的断路器合闸电阻装设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的断路器合闸电阻装设方式；

[0013] 步骤六：基于步骤一、步骤二、步骤三、步骤四和步骤五确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式，提出优化控制措施。

[0014] 前述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：

[0015] 步骤1a：建立500kV电缆及架空混合线路的模型；

[0016] 步骤1b：将所述电缆敷设方式划分为直埋敷设、排管敷设、电缆沟敷设、电缆隧道敷设；

[0017] 步骤1c：计算电缆在直埋敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在直埋敷设方式下的工频过电压数值K1A；

[0018] 步骤1d：计算电缆在排管敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在排管敷设方式下的工频过电压数值K1B；

[0019] 步骤1e：计算电缆在电缆沟敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在电缆沟敷设方式下的工频过电压数值K1C；

[0020] 步骤1f：计算电缆在电缆隧道敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在电缆隧道敷设方式下的工频过电压数值K1D；

[0021] 步骤1g：计算min[K1A、K1B、K1C、K1D]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的电缆敷设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式。

[0022] 前述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤二包括：

[0023] 步骤2a：将所述电缆排列方式划分为垂直排列、水平排列、品字形排列；

[0024] 步骤2b：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在垂直排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在垂直排列下的工频过电压数值K2A；

[0025] 步骤2c：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在水平排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在水平排列下的工频过电压数值K1B；

[0026] 步骤2d：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在品字形排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在品字形排列下的工频过电压数值K2C；

[0027] 步骤2e：计算min[K2A、K2B、K2C]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的电缆排列方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆排列方式。

[0028] 前述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤三包括：

[0029] 步骤3a：将所述高抗配置方式划分为加装高抗和不加装高抗；

[0030] 步骤3b：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，计算得到电缆在加装高抗下的工频过电压数值K3A；

[0031] 步骤3c：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，计算得到电缆在不加装高抗下的工频过电压数值K3B；

[0032] 步骤3d：计算min[K3A、K3B]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的高抗配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的高抗配置方式。

[0033] 前述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤四包括：

[0034] 步骤4a：将所述MOA配置方式划分为在电缆和架空线路的连接处装设MOA和不装设MOA两种方式；

[0035] 步骤4b：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，计算得到在电缆和架空线路的连接处装设MOA下的操作过电压数值K4A；

[0036] 步骤4c：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，计算得到在电缆和架空线路的连接处不装设MOA下的操作过电压数值K4B；

[0037] 步骤4d：计算min[K4A、K4B]作为操作过电压数值最小者，选取操作过电压数值最小者对应的MOA配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的MOA配置方式。

[0038] 前述的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，其特征在于，所述步骤五包括：

[0039] 步骤5a：将所述断路器合闸电阻装设方式划分为在断路器装设合闸电阻和不装设合闸电阻两种方式；

[0040] 步骤5b：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，计算得到在断路器装设合闸电阻下的操作过电压数值K5A；

[0041] 步骤5c：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，计算得到在断路器不装设合闸电阻下的操作过电压数值K5B；

[0042] 步骤5d：计算min[K5A、K5B]作为操作过电压数值最小者，选取操作过电压数值最小者对应的断路器合闸电阻装设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的断路器合闸电阻装设方式。

[0043] 本发明的有益之处在于：本发明的500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法不仅能够满足电网企业对供电安全的控制要求，也能满足500kV电缆及架空混合线路的经济运行的要求；同时，本发明还将对城市电网规划中500kV电缆及架空混合线路的大量应用起到很好的指导作用。

附图说明

[0044] 图1是本发明500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法的流程示意图；

[0045] 图2是本发明500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法的具体处理流程图；

[0046] 图3是本发明中电缆的电气等效电路图；

[0047] 图4是本发明中电缆的参数模拟原理图；

[0048] 图5是本发明中两条电缆的几何结构示意图；

[0049] 图6是本发明中电缆的排列方式示意图；

[0050] 图7是本发明中工频过电压计算等效电路图；

[0051] 图8是本发明中装设MOA时操作过电压的计算过程；

[0052] 图9是本发明中在断路器装设合闸电阻且处于合闸第一阶段时的操作过电压计算等效电路图；

[0053] 图10是本发明中在断路器装设合闸电阻且处于合闸第二阶段时的操作过电压计算等效电路图。

具体实施方式

[0054] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

[0055] 参照图1所示，本发明500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法，包括步骤如下：

[0056] 步骤一：建立500kV电缆及架空混合线路的模型，针对各种不同的电缆敷设方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的电缆敷设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式；

[0057] 步骤二：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，针对各种不同的电缆排列方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的电缆排列方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆排列方式；

[0058] 步骤三：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，针对各种不同的高抗配置方式分别计算工频过电压数值，选取工频过电压数值最小者对应的高抗配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的高抗配置方式；

[0059] 步骤四：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，针对各种不同的MOA配置方式分别计算操作过电压数值，选取操作过电压数值最小者对应的MOA配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的MOA配置方式；

[0060] 步骤五：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，针对各种不同的断路器合闸电阻装设方式分别计算操作过电压数值，选取操作过电压数值最小者对应的断路器合闸电阻装设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的断路器合闸电阻装设方式；

[0061] 步骤六：基于步骤一、步骤二、步骤三、步骤四和步骤五确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式，提出优化控制措施。

[0062] 本发明并不限制500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式的具体种类和数量，本领域技术人员可以根据实际加以选择。

[0063] 为了进一步说明本发明的实施过程，如图2所示给出了本发明500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制方法的具体处理流程图。其中给出了电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式的具体种类和数量。如图2所示，首先从电磁场角度建立500kV电缆及架空混合线路的准确模型，分别由直埋、排管、电缆沟和电缆隧道四种典型电缆敷设方式计算得到不同敷设方式下500kV混合线路的电气参数，以此电气参数作为基础数据进行工频过电压计算，分别得到直埋、排管、电缆沟和电缆隧道四种敷设方式下混合线路工频过电压结果K1A、K1B、K1C、K1D，采用工频过电压数值最小者min[K1A、K1B、K1C、K1D]（例如K1D）对应的电缆敷设方式作为混合线路中电缆敷设方式。更具体的实施步骤如下：

[0064] 步骤1a：建立500kV电缆及架空混合线路的模型；

[0065] 步骤1b：将电缆敷设方式划分为直埋敷设、排管敷设、电缆沟敷设、电缆隧道敷设；

[0066] 步骤1c：计算电缆在直埋敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在直埋敷设方式下的工频过电压数值K1A；

[0067] 步骤1d：计算电缆在排管敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在排管敷设方式下的工频过电压数值K1B；

[0068] 步骤1e：计算电缆在电缆沟敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在电缆沟敷设方式下的工频过电压数值K1C；

[0069] 步骤1f：计算电缆在电缆隧道敷设方式下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在电缆隧道敷设方式下的工频过电压数值K1D；

[0070] 步骤1g：计算min[K1A、K1B、K1C、K1D]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的电缆敷设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式。

[0071] 在获得基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式后，根据已确定的电缆敷设方式，分别由垂直、水平和品字形三种典型电缆排列方式计算得到不同排列方式下500kV混合线路的电气参数，以此电气参数作为基础数据进行混合线路工频过电压计算，分别得到垂直、水平和品字形三种电缆排列方式下混合线路工频过电压结果K2A、K2B、K2C，采用工频过电压数值最小者min[K2A、K2B、K2C]（例如K2C）对应的电缆排列方式作为混合线路中电缆排列方式。更具体的实施步骤如下：

[0072] 步骤2a：将电缆排列方式划分为垂直排列、水平排列、品字形排列；

[0073] 步骤2b：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在垂直排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在垂直排列下的工频过电压数值K2A；

[0074] 步骤2c：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在水平排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在水平排列下的工频过电压数值K2B；

[0075] 步骤2d：基于步骤一确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式，计算电缆在品字形排列下的500kV混合线路的电气参数，根据电气参数计算得到电缆在品字形排列下的工频过电压数值K2C；

[0076] 步骤2e：计算min[K2A、K2B、K2C]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的电缆排列方式确立为500kV电缆及架空混合线路的电缆排列方式。

[0077] 在获得500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式后，对线路加装高抗和线路不加装高抗两种不同情况进行混合线路工频过电压计算，分别得到线路加装高抗和线路不加装高抗时混合线路工频过电压结果K3A、K3B，采用工频过电压数值最小者min[K3A、K3B]（例如K3A)作为混合线路中高抗配置方式。更具体的实施步骤如下：

[0078] 步骤3a：将高抗配置方式划分为加装高抗和不加装高抗；

[0079] 步骤3b：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，计算得到电缆在加装高抗下的工频过电压数值K3A；

[0080] 步骤3c：基于步骤一和步骤二确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式，计算得到电缆在不加装高抗下的工频过电压数值K3B；

[0081] 步骤3d：计算min[K3A、K3B]作为工频过电压数值最小者，选取工频过电压数值最小者对应的高抗配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的高抗配置方式。

[0082] 在获得500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式后，对电缆和架空线路的连接处装设MOA、电缆和架空线路的连接处不装设MOA两种不同情况进行混合线路操作过电压计算，分别得到电缆和架空线路的连接处装设MOA、电缆和架空线路的连接处不装设MOA时混合线路的操作过电压结果K4A、K4B，采用操作过电压数值最小者min[K4A、K4B]（例如K4A）作为混合线路中MOA配置方式。更具体的实施步骤如下：

[0083] 步骤4a：将MOA配置方式划分为在电缆和架空线路的连接处装设MOA和不装设MOA两种方式；

[0084] 步骤4b：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，计算得到在电缆和架空线路的连接处装设MOA下的操作过电压数值K4A；

[0085] 步骤4c：基于步骤一、步骤二和步骤三确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式，计算得到在电缆和架空线路的连接处不装设MOA下的操作过电压数值K4B；

[0086] 步骤4d：计算min[K4A、K4B]作为操作过电压数值最小者，选取操作过电压数值最小者对应的MOA配置方式确立为500kV电缆及架空混合线路的MOA配置方式。

[0087] 在获得500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式后，对断路器装设合闸电阻、断路器不装设合闸电阻两种不同情况进行混合线路操作过电压计算，分别得到断路器装设合闸电阻、断路器不装设合闸电阻时混合线路操作过电压结果K5A、K5B，采用操作过电压数值最小者min[K5A、K5B]（例如K5A）作为混合线路中合闸电阻的配置方式。更具体的实施步骤如下：

[0088] 步骤5a：将断路器合闸电阻装设方式划分为在断路器装设合闸电阻和不装设合闸电阻两种方式；

[0089] 步骤5b：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，计算得到在断路器装设合闸电阻下的操作过电压数值K5A；

[0090] 步骤5c：基于步骤一、步骤二、步骤三和步骤四确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式，计算得到在断路器不装设合闸电阻下的操作过电压数值K5B；

[0091] 步骤5d：计算min[K5A、K5B]作为操作过电压数值最小者，选取操作过电压数值最小者对应的断路器合闸电阻装设方式确立为500kV电缆及架空混合线路的断路器合闸电阻装设方式。

[0092] 最后，本发明再根据上述获得的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式，然后从电缆敷设方式、电缆排列方式、线路加装高抗、电缆和架空线路的连接处装设MOA、断路器装设合闸电阻五个角度对500kV电缆及架空混合线路过电压提出相应优化控制措施。

[0093] 需要注意的是，本发明中不限制计算500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式的具体过程和计算方法，本领域技术人员只要能够根据现有技术实现上述各种计算值即可，为了更好地说明本发明的具体实现方法，下面将进一步阐述本发明的设计原理。

[0094] 1、电缆参数及电缆敷设方式、排列方式对电缆参数的影响

[0095] 电缆的电气参数主要有导电线芯电阻、绝缘电阻、电感和电容，以及正序阻抗和零序阻抗，电缆的电气等效电路如附图3所示；电缆参数模拟原理图如附图4所示，其中回路1由芯导线C与返回电路金属外皮S构成，回路2由金属外皮S与返回电路金属铠装A构成，回路3由铠装A和返回电路大地或海水构成。图3中，R0为单位长度的等效电阻，单位为Ω/km，X0为单位长度的等效电感，单位为mH/km；G0为单位长度漏电导，单位为1/MΩ·km；
C0为单位长度的电容，单位为μF/km。图4中，C为芯线，I为绝缘层，S为护套，B为填充物，A为铠装。

[0096] 三个回路的串联阻抗可用三个耦合方程来描述：

[0097]

[0098] 回路1的自阻抗Z′11包含三个部分：

[0099] Z′11=Z′core，out+Z′core/sheath，insu+Z′sheath，ih （2）[0100] 其中，

[0101] Z′core，out——管状芯线与管外返回通路（通过外皮）的单位长度内阻抗；

[0102] Z′core/sheath，insu——芯线与外皮间绝缘的单位长度阻抗；

[0103] Z′sheath，in——管状外皮与管内返回通路（此处是芯线）的单位长度内阻抗。

[0104] 同样地，

[0105] Z′22=Z′sheath，out+Z′sheath/armour，insu+Z′armour，in （3）[0106] Z′33=Z′armour，out+Z′armour/earth，insu+Z′earth （4）[0107] 符号意义与式（2）类似。耦合阻抗Z′12=Z′21和Z′ 23=Z′32是负的，因为电流方向相反（I2在回路1中是负方向，I3在回路2中是负方向），即

[0108] Z′12=Z′21=-Z′sheath,mut （5）

[0109] Z′23=Z′32=-Z′armout,mut （6）

[0110] 其中，

[0111] Z′sheath,mut——内回路1与外回路2之间管形外皮的单位长度互阻抗；

[0112] Z′armout,mut——内回路2与外回路3之间管形铠装的单位长度互阻抗。

[0113] 因为回路1与回路3没有公共支路，所以Z′13=Z′31=0

[0114] 绝缘阻抗为

[0115]

[0116] 其中，

[0117] μ0——绝缘导磁率（μ0=2×10-4H/km）；

[0118] r——绝缘外半径，单位mm；

[0119] q——绝缘内半径，单位mm。

[0120] 若没有绝缘，则Z′insu=0。

[0121] 一根管状导线其内半径为q，外半径为r，由修正贝塞尔函数求得它的内阻抗和互阻抗是频率的函数：

[0122]

[0123]

[0124]

[0125] D=I1(mr)K1(mq)-I1(mq)K1(mr) （11）

[0126] 其中，

[0127] m——参数，其计算式为

[0128] 用芯线、外皮和铠装的电压、电流代替回路电压和电流，引入端部条件实现转换。端部条件为：

[0129]

[0130] 其中，

[0131] Vcore——芯线对地电压；

[0132] Vsheath——外皮对地电压；

[0133] Varmout——铠装对地电压。

[0134] 将式（12）应用到式（1），则可得到

[0135]

[0136] 其中，

[0137]

[0138] 对于三相电缆，通常还需要计及相间耦合，若按回路来分析，显然只有最外层的回路间才有相间耦合，三个外回路之间具有互阻抗，式（1）中第三式则具有耦合项。

[0139] 对附图4中电流沿电缆的变化而言，各回路方程是彼此无关的，即

[0140]

[0141] G′i和C′ i是每个绝缘层的单位长度并联电导和并联电容。若没有绝缘，则式（15）中代入Vi=0。

[0142] 内半径为q，外半径为r的管状绝缘的并联电容为

[0143]

[0144] 其中，

[0145] ε0——自由空间的绝对电容或介电常数；

[0146] εr——绝缘材料的相对电容率或相对介电常数。

[0147] 大多数情况下，并联电导G′可以忽略，不过若用电缆来模拟地下管线时就不能忽略G′，一般都以介质损失角δ或介质损耗系数tgδ来表示，于是有

[0148] G′=ωC′tgδ （17）

[0149] 根据式（1）～式（17）即可计算得到电缆的参数，根据此参数即可求得电缆的特征阻抗（或称稳态波阻抗）ZC为

[0150]

[0151] 电缆敷设的方式主要有四种：直埋、排管、电缆沟和电缆隧道，不同的敷设情况下，大地返回自阻抗Z′earth（最外边导体和大地或海水作为返回通道所形成的回路阻抗）和大地返回互阻抗Z′mut（电缆i最外边导体与大地返回通道所形成的回路与电缆k类似回路的阻抗，附图5）不同，从而影响电缆的电气参数。采用Ametani给出的公式计算自阻抗和互阻抗：

[0152]

[0153]

[0154] 其中：ρ——大地电阻率；

[0155] m——大地渗透深度的倒数， μ0为绝缘导磁率；

[0156] Y——欧拉常数；

[0157] R——最外层绝缘的外半径；

[0158] h——电缆i的埋设深度；

[0159] d——电缆i，k间直线距离；

[0160] l——两根导线埋设深度之和。

[0161] 图5为两条电缆的几何结构，R为最外层绝缘的外半径，h为电缆i的埋设深度，d为电缆i、k间直线距离。

[0162] 根据式（1）～式（20）即可计算分别得到直埋、排管、电缆沟和电缆隧道四种典型电缆敷设方式下电缆的特征阻抗ZC。

[0163] 电缆的排列方式主要有：垂直、水平和三角形排列，如附图6所示，不同排列方式下电缆的几何尺寸、位置均会影响各相导线之间的电磁交链情况和静电感应情况，进而影响电缆的电气参数。根据式（1）～式（20）即可计算分别得到垂直、水平和品字形三种不同电缆排列方式下电缆的特征阻抗ZC。

[0164] 2、工频过电压计算

[0165] 以带有并联电抗器的空载线路电容效应引起的工频过电压为例，从原理上简要介绍该工频过电压计算过程。系统接线如附图7所示，可得

[0166]

[0167] 其中，E为系统等效电源，XS为系统电源等值阻抗，XL为并联电抗器，ZC为输电线路的特征阻抗（或称稳态波阻抗），α为输电线路的相位系数，I为输电线路长度。

[0168] 根据式（21）可计算得到工频过电压结果为

[0169]

[0170] 其中，Kp为工频过电压标幺值，Um为系统最高电压。

[0171] 若不装设并联电抗器，则XL=0。可以看出，当线路末端装设有并联电抗器时，末端电压U2将随电抗器容量的增大而下降，工频过电压数值也将随电抗器容量的增大而下降。因而可人为地选择电抗器容量来控制工频过电压在允许范围内：《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）规定，线路断路器的变电所侧工频过电压不宜超过1.3p.u.，线路侧不宜超过1.4p.u.。

[0172] 并联电抗器的选择以线路补偿度为依据，线路补偿度是线路并联电抗器的总容量与线路总充电功率的比值，一般取补偿度为60%。

[0173] 3、操作过电压计算

[0174] 电力系统的操作过电压种类繁多，特性各异，其中，断路器的操作是大部分操作过电压的起因。现代金属氧化锌避雷器（MOA）性能优异，接近于理想避雷器，不仅能泄放雷电波，也可以控制输电线路的操作过电压；断路器装设并联电阻是高压电网中降低断路器操作时过电压的最有效措施之一。因而可人为地选择上述措施来控制操作过电压在允许范围内：《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）规定，操作过电压不宜超过2.0p.u.。

[0175] 金属氧化锌避雷器（MOA）实际是一个非线性电路原件，通过电磁暂态仿真软件EMTPE建立MOA非线性模型，再由EMTPE计算得到电缆和架空线路的连接处装设MOA、电缆和架空线路的连接处不装设MOA时混合线路的操作过电压结果K4A、K4B。计算过程如附图8所示。

[0176] 在断路器装设并联电阻的情况下，以空载线路合闸过电压为例，从原理上简要介绍该操作过电压计算过程，如附图9、图10所示，合闸时分为两个阶段：先合辅助触头K2，接入并联电阻R，后合主触头K1，短接R，完成空载线路的合闸操作。为了限制过电压的水平，并联电阻R的选择通常决定于合闸的第二阶段。第二阶段短接R所引起的过渡过程中电压最大值，可借助第一阶段的稳态电压作为第二阶段的起始电压而求得。

[0177] 设空载线路投入前的等效电源电压为E，电源等值漏抗为XS，线路末端开路时，从首段往末端看的入口阻抗ZR=-jZctgλ，线末到线首的电压传递系数为 而

[0178] 第一阶段投入R后线路首段稳态电压

[0179]

[0180] 相应的线路末端电压为

[0181]

[0182] 第二阶段短接R后，线路末端稳态电压

[0183]

[0184] 其中， β＞1。

[0185] 由式（24）和（25）得

[0186]

[0187] 其中，

[0188] 上式表达了短接R前后线末稳态电压的关系。设断路器主触头K1在α角时闭合，暂态电压的最大值Umax可近似地将工频稳态电压幅值与自由振荡的振幅相加求得为：

[0189]

[0190] 其中k为无R合空线时的衰减系数。由式（27）可知，当α=θ时，即U(t)过零时短接R，Umax最大；而Umax又随θ的增大而增大，θ最大值为90°，此时相当于无并联电阻，合K1将出现最大的Umax值。

[0191] 再代入下式求得操作过电压倍数为：

[0192]

[0193] 其中，KZ为操作过电压标幺值，Um为系统最高电压。

[0194] 4、五要素对过电压的影响计算分析

[0195] 结合附图2阐述本发明的基于五要素约束的500kV电缆及架空混合线路过电压计算分析方法：

[0196] 根据式（1）～式（20）即可计算分别得到直埋、排管、电缆沟和电缆隧道四种典型电缆敷设方式下电缆的特征阻抗ZC。将其结果代入式（21）、式（22）即可分别求得直埋、排管、电缆沟和电缆隧道四种敷设方式下混合线路工频过电压结果K1A、K1B、K1C、K1D。采用工频过电压数值最小者min[K1A、K1B、K1C、K1D]（例如K1D）对应的电缆敷设方式作为混合线路中电缆敷设方式，进入图2中的下一步；

[0197] 同理，根据上述确定的电缆敷设方式，由式（1）～式（20）即可计算分别得到垂直、水平和品字形三种不同电缆排列方式下电缆的特征阻抗ZＣ。将其结果代入式（21）、式（22）即可分别求得垂直、水平和品字形三种电缆排列方式下混合线路工频过电压结果K2A、K2B、K2C。采用工频过电压数值最小者min[K2A、K2B、K2C]（例如K2C）对应的电缆排列方式作为混合线路中电缆排列方式，按图2中流程继续下一步；

[0198] 同理，根据上述确定的电缆敷设方式、排列方式，由式（21）、式（22）即可分别求得线路加装高抗和线路不加装高抗时混合线路工频过电压结果K3A、K3B，采用工频过电压数值最小者min[K3A、K3B]（例如K3A）作为混合线路中高抗配置方式，按图2中流程继续下一步；

[0199] 根据上述确定的电缆敷设方式、排列方式、线路高抗配置方式，通过EMTPE建立MOA非线性模型，再由EMTPE计算得到电缆和架空线路的连接处装设MOA、电缆和架空线路的连接处不装设MOA时混合线路的操作过电压结果K4A、K4B，采用操作过电压数值最小者min[K4A、K4B]（例如K4A）作为混合线路中MOA配置方式，按图2中流程继续下一步；

[0200] 根据上述确定的电缆敷设方式、排列方式、线路高抗配置方式、混合线路MOA配置方式，由式（23）～式（28）即可分别求得断路器装设合闸电阻、断路器不装设合闸电阻时混合线路操作过电压结果K5A、K5B，采用操作过电压数值最小者min[K5A、K5B]（例如K5A）作为混合线路中合闸电阻的配置方式。

[0201] 最终由上述步骤提出500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制措施。

[0202] 需要注意的的是，本发明不限制500kV电缆及架空混合线路过电压优化控制措施的具体类型，实际上，基于步骤一、步骤二、步骤三、步骤四和步骤五确立的500kV电缆及架空混合线路的电缆敷设方式、电缆排列方式、高抗配置方式、MOA配置方式、断路器合闸电阻装设方式，已经是对本发明500kV电缆及架空混合线进行了各种优化，本领域技术人员完全可以在基于本发明基础上提出各种进一步的优化控制措施。

[0203] 根据本发明的方法可以综合从电缆敷设方式、电缆排列方式、线路加装高抗、电缆和架空线路的连接处装设MOA、断路器装设合闸电阻五个角度计算出500kV电缆及架空混合线路过电压结果，在此基础上提出其优化控制措施，不仅能够满足电网企业对供电安全的控制要求，也能满足500kV电缆及架空混合线路的经济运行的要求；同时，这种优化控制方法还将对今后城市电网规划中500kV电缆及架空混合线路的大量应用起到很好的指导作用。

[0204] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。