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中压配电网三芯电缆接地电流的机理与应用

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 护套接地电流的机理研究

1.2.2 护套接地电流的应用研究

1.3 本文主要研究内容及创新

第2章 三芯XLPE电缆基本结构、故障类型和接地系统

2.1 引言

2.2 三芯XLPE电力电缆基本结构

2.3 常见电缆线路故障原因及类型

2.3.1 电缆线路故障原因

2.3.2 电缆线路故障类型

2.4 三芯电缆线路中压配电网的接地系统

2.4.1 中压配电网中性点接地方式

2.4.2 电缆金属护套接地方式

2.5 小结

第3章 中压配电网三芯电缆接地电流的机理

3.1 引言

3.2 三芯XLPE电力电缆金属护套感应电压和感应环流

3.2.1 参数计算

3.2.2 理论推导

3.2.3 仿真算例

3.3 三芯XLPE电力电缆护套接地电流的机理

3.3.1 中性点经小电阻接地系统接地电流的故障特征

3.3.2 中性点经消弧线圈接地系统接地电流的分布规律

3.3.3 不同因素对接地电流故障特征的影响分析

3.3.4 仿真算例

3.4 小结

第4章 中压配电网三芯电缆接地电流的应用

4.1 引言

4.2 基于接地电流的护套接地可靠性监测系统

4.2.1 系统原理

4.2.2 实施方法

4.2.3 优缺点评价

4.3 护套接地电流的热稳定校验

4.3.1 按短路状态校验热稳定性

4.3.2 三芯电缆金属护套短路热稳定校验

4.3.3 算例分析

4.4 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的学术成果

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摘要

随着城市电网改造工作的开展和电力电缆应用成本的下降,配网线路的敷设方式逐步由裸线架空型过渡到地下电力电缆。三芯XLPE(交联聚乙烯)电力电缆广泛应用于城市中压配电网中。电缆线路在实际运行中,由于导电缆芯和金属护套之间的电磁耦合关系会带来护套感应电压问题,对金属护套采取一定的接地措施后虽然有效的降低了护套感应电压又会引入新的护套接地电流问题。因为三芯电缆结构和接地方式比较简单,正常运行时护套感应电压和接地电流均为零,所以对于电缆护套接地电流的研究,许多文献将注意力放在单芯电缆金属护套接地电流的算法和应用上,普遍具有所选模型过于简单、所考察的条件局限在系统正常运行的缺陷,不能进行接地电流故障特性分析。本文另辟蹊径,针对中压配电网三芯电缆线路发生故障时接地电流的机理与应用展开了研究。
  在对三芯XLPE电力电缆基本结构及各部分功能、常见电缆线路故障的原因和类型、三芯电缆线路中压配电网的接地系统(包括中压配电网中性点接地方式和电缆金属护套接地方式)等理论基础知识进行介绍后,本文首先从电力电缆参数计算入手,由浅入深的演算电缆缆芯、金属护套的自感、互感公式,从而推导出三芯电缆线路区外故障时护套感应电压和感应环流与缆芯零序电流的关系。其次建立中压配电网三芯电缆线路区内单相接地故障时系统零序等效电路,通过网孔电流法推导出短路电流的流向、大地分流系数,分别揭示了中性点经小电阻接地系统接地电流的故障特征和中性点经消弧线圈接地系统接地电流的分布规律,并且考虑了不同因素对接地电流故障特征的影响,得到各节点护套接地电流等于缆芯零序电流的结论。最后通过搭建PSCAD仿真模型,验证上述对接地电流机理进行理论推导的正确性。
  在对中压配电网三芯电缆线路接地电流的机理研究基础上,利用缆芯零序电流对护套接地电流的吸附特性,得到三芯电缆护套接地电流在中压配电网中的两点应用:第一提出了一种基于接地电流的护套接地可靠性监测系统,根据接地电流在配电网各段护套上的分布规则,实现远方和本地对护套开路点的故障定位,分别从系统原理、实施方法、优缺点评价三个层面详细的阐述了该系统。第二对护套接地电流进行短路热稳定校验,选取了合适的作热稳定校验用的护套短路电流、短路持续时间、热稳定系数,准确的计算了满足热稳定要求的最小金属护套截面积。

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