[發明專利]一種三芯電力電纜周向磁場等效分析方法

在審

• 申請號: 201711391695.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108107256A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 高嶺;袁燕嶺;董杰;任向東;苗輝;高俊福;史順金;穆勇;楊寶崑;姚玉永;錢逸超;趙婧;韓榮新;王強;孟志強
• 申請（專利權）人: 國網冀北電力有限公司唐山供電公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 唐山順誠專利事務所(普通合伙) 13106
• 代理人: 于文順

本發明涉及一種三芯電力電纜周向磁場等效分析方法，屬于電磁測量中的電流檢測分析技術領域。技術方案：電纜芯中的電流是圍繞電纜軸線對稱分布的，可用位于電纜軸線位置的承載電流的載流細螺旋線來等效；當電纜垂直敷設時，電纜導線上電流圍繞電纜軸線的旋轉換位可以通過該導線沿電纜軸線的旋轉換位來實現；據此建立載流細螺旋線模型，分析電纜載流細螺旋線的磁場分布。本發明建立了三芯電纜周向磁感應強度與三相電流之間的物理數學模型，并與有限元仿真軟件進行數值對比，驗證了載流細螺旋線計算模型的正確性，為測量三芯電纜相電流提供了一種有效的分析工具。

技術領域

本發明涉及一種三芯電力電纜周向磁場等效分析方法，屬于電磁測量中的電流檢測分析技術領域。

背景技術

隨著我國城市化水平不斷提高，電力電纜在城市輸電系統中發揮的作用越來越大。35kV及以下電力電纜結構一般為三芯結構，由于電壓等級相對較低，一般屬于非有效接地系統。當發生單相接地故障時，故障相接地電容電流比負載電流大很多，非故障相相電壓上升為線電壓，由于三相電壓依然對稱，因此規程規定允許10kV線路單相接地繼續運行不超過2小時。但非故障相對地電壓升高有可能擊穿絕緣，嚴重影響電網經濟安全運行。配電電纜線路具有點多、面廣、線長，路徑復雜，設備質量參差不齊等特點，故障點往往非常難找。傳統配網電纜運行管理屬于粗放式的管理方式，單靠運行人員定期巡檢難以實現對電纜線路的7×24小時不間斷管控，為實現對三芯電力電纜運行狀態實時監控，需要一種相對可靠方法對三芯電纜運行狀態進行實時在線監測，觀測各相線芯電纜相電流變化趨勢，實現對電纜運行狀態進行評估，分析電纜老化狀況或故障預警等功能。當三芯電力電纜各相芯線間通過幅值相等、相位相差120°的電流時，在電纜外部產生的磁場采用傳統的基于電磁感應原理的電流測量方法難以適用，并且目前尚無較為準確的理論計算模型，磁傳感器測量值與理論計算值相差較大，無法實現對三芯電纜相電流準確測量與評估。

專利內容

本發明的目的是提供一種三芯電力電纜周向磁場等效分析方法，建立三芯電纜周圍磁感應強度與各相線芯電流之間關系的物理數學模型，通過有限元仿真計算驗證模型的正確性，為三芯電纜各線芯相電流準確測量與評估提供依據。

本發明的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種三芯電力電纜周向磁場等效分析方法，電纜芯中的電流是圍繞電纜軸線對稱分布的，可用位于電纜軸線位置的承載電流的載流細螺旋線來等效；當電纜垂直敷設時，電纜導線上電流圍繞電纜軸線的旋轉換位可以通過該導線沿電纜軸線的旋轉換位來實現；據此建立載流細螺旋線模型，分析電纜載流細螺旋線的磁場分布。

將載流細螺旋線中電流I分解為無數微元，并計算微元在任一觀測點上產生的磁感應強度，得出微元在各坐標方向的微分表達式；為便于計算，將載流平行螺旋線在x-y平面進行投影，推導有限長電纜載流平行螺旋線周向磁場的3個正交分量，并利用貝塞爾函數進行展開近似；最終得出rp>a時，三芯絞合電纜產生的磁場，a為電纜軸線到導體軸線的徑向距離。

三芯電纜結構一般為三根圓形導電線芯繞電纜軸心采用同心層正規絞合，而每根圓形導電線芯絞合原則是每根導電線芯圍繞電纜軸線旋轉呈螺旋狀，由于三芯電纜的這一獨特結構，可以認為電纜芯中的電流是圍繞電纜軸線對稱分布的，用位于電纜軸線位置的承載電流的載流細螺旋線來等效。當電纜垂直敷設時，電纜導線上電流圍繞電纜軸線的旋轉換位可以通過該導線沿電纜軸線的旋轉換位來實現。據此建立載流細螺旋線模型，分析電纜載流細螺旋線的磁場分布。

以電纜軸線為z軸的圓柱坐標系（r,θ,z），建立平行螺旋線方程；

若設載流細螺旋線中電流為I，在(r, θ,z)處的微元Idl在任一觀測點P（rp,θp,zp）得出微元在觀測點產生的磁場，再推導整理載流細螺旋線周圍磁場的微分表達式；