多电缆出线变电站与配网自愈控制系统的配合研究

作     者：李长红 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王孟夏;刘广辉

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：配电网 电缆 温升 消弧线圈 自愈 

摘      要：电缆是重要的电力传输手段,具有传输稳定、可靠性高的优点,在现代电力系统中的应用越来越普遍。受输电通道的制约,目前10kV配电网特别是城区配网中,电力电缆的使用占比越来越大,同一变电站内多回电缆出线已成为新建或改建配电变电站的典型配置。同时,在人为活动和自然灾害等方面带来的诸多影响下,电力电缆经常发生各种故障,特别是单相接地故障概率最大。相比于架空线路常使用的钢芯铝绞线,电力电缆对地电容大,特别是多电缆出线情况下,单相故障后短路电流明显增大,电缆在短时间内会因温度升高而损坏,甚至造成电缆爆炸,影响用户供电。为提高配电网的供电可靠性,配电网中广泛应用配网自愈控制系统,以对故障进行快速诊断、定位、隔离以及电网恢复。但是,配网自愈控制系统也存在智能终端失败、与站内保护和设备状态配合不正确等问题,导致故障线路开关连续带故障重合,进而可能加剧电缆的发热以及故障发生概率。因此,如何优化调整配网自愈控制系统的逻辑,提高多电缆出线变电站内电缆的运行安全性,对于提高配电网供电可靠性具有重要意义。本文针对多电缆出线变电站与配网自愈控制系统的配合问题,主要开展以下研究:(1)研究了短路故障电流下电缆的温升数学建模问题。首先,推导中性点不接地系统遭受单相接地故障下的短路电流计算过程;接着分析电缆温升原理,建立电缆在电流影响下的温升数学模型;然后根据构建的电缆温升模型,分析不同因素对电缆温升造成的影响;最后,搭建案例系统,模拟正常运行状态和单相接地故障运行状态下电缆温升情况。(2)研究了考虑配网自愈系统动作的电缆温度变化全过程数学建模问题。首先,分析配网自愈系统控制逻辑,对配网自愈系统控制动作和配备自愈功能对电缆温升影响进行数学建模;然后,基于构建的电缆温升数学模型,分析故障切除时间和配网自愈速度对电缆温升造成的影响;最后,在搭建的案例系统中,模拟单相接地故障切除后的电缆温升趋势,并比较不同配网自愈速度下的电缆温升趋势。(3)研究了考虑出线停运情况下消弧线圈与配网自愈速度的协调配置问题。首先,基于抑制短路电流过大的思路,通过中性点经消弧线圈接地控制电缆的温度变化,推导中性点经消弧线圈接地系统下单相接地故障电流计算过程,并给出消弧线圈电感配置方案;接着考虑变电站部分出线停运情况,提出保持中性点消弧线圈不变前提下的配网自愈速度整定方案;然后考虑极端情况下配网自愈速度不满足要求,提出消弧线圈电感的协同整定,并通过算例验证了中性点加装消弧线圈以及同时配备配网自愈功能的有效性。