高压电缆工程计算的软件实现

2020-04-07 来源：榕意旅游网

2002年第1期No.1　2002电线电缆

ElectricWire&Cable2002年2月Feb.,2002

高压电缆工程计算的软件实现

刘　英,　贾　欣,　曹晓珑

(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安　710049)

摘要:针对目前高压电缆的工程设计和运行载流量核定主要靠手工计算的现状,我们考虑将这个过程利用软件在计算机上来实现。本文主要介绍了该软件实现过程的设计思路,理论基础,计算方法等等,并给出了简单示例。

关键词:高压电缆;工程设计;载流量;参数计算;软件实现中图分类号:TM247.1;247.3

文献标识码:A

文章编号:3121392(2002)0120024203

Softwareimplementationoftheengineering

calculationofHVcables

.LIUYingetal

(Xi’anJiaotongUniversity,StateKeyLaboratoryofElectricalInsulationfor

ElectricPowerEquipment,Xi’an710049,ShaanxiProvince,China)

Abstract:Inviewofthefactthatuntilnowtheengineeringdesignandcheck2upofthecurrentcarryingcapa2cityhavebeenrealizedbymanualcalculations,wedevelopedasoftwaretorezlizethecaculationsoncompu2.Thispaperpresentsthedesignconcept,theoreticalbasisandmethodofcalculationofthesoftware.ters

Simpleexamplesaregiventodemonstratetheimplementationofthesoftware.

Keywords:HVcable;engineeringdesign;currentcarryingcapacity;parametercalculation;softwareimple2mentation

1　引　言

随着城乡电网的发展,高压电缆的应用越来越

多,国内的生产能力也越来越强。仅就交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆而言,国内目前已有进口的110kV电缆生产线14条,220kV电缆生产线14

条。面对众多的生产厂家和各种型号的电缆产品,用户往往要对有关参数进行一番严格的比较,以便挑选出最适合自已的产品。因此,为了让用户了解自己的产品,确保产品质量,生产厂家必须经过繁复的计算,提供大量准确而真实的数据资料。从有关的生产厂家我们了解到,仅对一种型号的产品,用户要求的数据竟然达到了200多项。可以想象,这是一项多么浩大的计算工程。目前,电缆的工程设计和运行载流量核定主要靠手工计算,存在的问题首先是计算工作量相当大;其次,一个参数的变化就将影响到整个的计算过程,不利于方案优化,也使工作效率变得很低;最后,运行中电缆载流量的核定如不借助于计算软件,将无法准确实现。为了在用户和厂方之间架起一座桥梁,以方便两者的沟通,我们考虑将高压电缆

收稿日期:2001209218

作者简介:刘　英(1976-),女,四川人,硕士研究生.作者地址:陕西省西安市咸宁西路28号[710049].

的工程计算编制成一套软件,目的是将繁复的计算过程利用现代化技术的产物——计算机来实现。这样,设计人员不必再面对烦琐的计算过程,只需通过不同的参数和截面积的选择就可以优化方案,提高工作效率,也使运行管理人员能够快速地核定各条电缆线路的载流量,同时,计算的准确性将得到大大的提高。

2　具体的软件化实现过程

2.1　理论基础

既然要将高压电缆的工程计算利用软件来实现,那么,该软件就应该具有最大程度上的通用性,因此,我们在计算标准的确定上狠下了一番工夫。我们认真研究了IEC标准、国家标准以及电缆工程重要参考书,以使我们所用到的有关理论和计算公式均有处可查,有据可考。考虑到程序的实用性,在一个计算项目有不同出处时,我们总是选择时间更近的、更权威的一个。例如,对于电缆电容C的计算,我们使用的公式是

-12

C=55.7Εn󰃗Gn×10　　F󰃗m

式中,Ε为电缆绝缘材料的相对介电常数,n为电缆的线芯数,Gn为电缆几何因数,与电缆的结构有关。这个公式来源于1995年由西安交通大学出版社出

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版发行,刘子玉、王惠明所编的《电力电缆结构设计原理》一书。对于电缆载流量计算,我们依据的是国际电工委员会标准IEC60287“电缆额定载流量计算”的系列标准。

对于计算中用到的参数,我们所采用的数值或是得到国际上认可的,例如电阻率Θ和电阻温度系数Α;或者是通常实际上可接受的,例如材料热阻系数和介电常数Ε。当然,如果是面对某一个具体的生产厂家,我们也可以根据实际情况,使用特定的计算依据或是计算参数,以满足工程实际需要。2.2　软件语言

在实现软件化的过程中,我们选择了VisualBasic来编写程序。这是因为:

(1)用VisualBasic编写的程序可以给使用者提供极其友好的人机界面;

(2)在将软件打包以后,程序可以脱离VB的语言环境独立运行;

(3)可以方便地与其它软件编写的程序接口,针对不同使用者对程序进行修改或是扩展也比较容易实现。

2.3　软件实现的具体内容

哪些数据是生产厂家和电缆用户都关心而迫切需要知道的呢?考虑到实际需要,我们主要利用软件来实现以下工作:

(1)电缆电气参数的计算,包括:

a.线芯交流有效电阻;b.电缆电感及电容;c.护套温度;d.护套损耗;e.护套电阻;f.正负零序阻抗。

(2)电缆载流量计算,包括:

a.电缆各部分热阻;b.电缆长期载流量;c.线芯短路容量;d.护套短路容量;e.短时过载能力。

(3)电缆护套感应电势计算,包括:

a.正常情况下感应电势计算;b.短路情况下感应电势计算;c.雷击时感应电势计算。

(4)电缆相关机械力计算,包括:

a.短时电动力的计算;b.牵引力的计算;c.热伸缩的计算。

(5)充油电缆相关计算,包括:

a.压力箱数目;b.暂态压力;c.稳态压力。2.4　使用方法

在进行计算以前,我们先给使用者提供一定的人机界面,以确定电缆的型式(交联聚乙烯电缆或是充油电缆)、电压等级(220kV或是110kV)、有关结构参数、运行条件(单回路或是双回路等)以及他们想要进行的计算项目等等。例如,在计算电缆感应

图1　计算感应电压时的界面

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电压时,我们给出了图1所示的界面。

其它的计算项目也都有相类似的界面,在此就不再一一说明了。需要强调指出的一点是,我们编制完成的这套软件不仅力争做到使用方便,而且也很灵活。例如,对于电缆的金属屏蔽,如果输入铜丝的总标称截面积,可以计算电缆的允许短路电流;反之,如果给出电缆允许的最大短路电流,我们可以反过来计算铜丝的截面积,在给出单丝外径的情况下,甚至可以算出铜丝的根数。因此,用户可以根据自己的需要,选择输入和输出,使程序按自己期望的方式运行。

2.5　计算结果

在用户完成必要的选择以及输入后,就可以开始计算了。考虑到篇幅的原因,具体的计算公式就不在这里详细说明了。需要指出的是,为了把有关理论转换成实际可应用的公式,在有些地方,我们做了一些必要的处理。下面以电缆载流量的计算为例来进行简单说明。影响电缆载流量的一个重要因素是单

芯电缆金属护套的损耗。当电缆护套通过大地形成通路,且护套上的感应电势不等于零时,在电缆金属护套上将产生环流损耗,而感应电势的大小与电缆本身所通过的电流及邻近的电流有关。因此,电缆的载流量与电缆护套中的环流相互影响,相互作用,最后达到平衡状态。从理论上来说,这个过程的物理概念是非常清楚的,但是,计算却相当麻烦。因此,我们在做了一番研究后,提出了计及护套环流损耗时计算电缆载流量较为简单的办法,并将计算的结果与用IEC标准计算的结果进行了比较,事实证明,该方法完全满足要求,可以投入应用。至于具体的细节,有兴趣者可以参见《高电压技术》2001年第1期上由贾欣等发表的文章《单芯电缆计及护套环流时载流量的计算》。总之,所有的处理过程都经过我们的反复验证,以不超过工程允许误差为基本准则,力求简单、实用和精确。计算结束后,我们得到如图2所示的计算结果界面,使用者可以选择将结果保存或者打印输出。

图2　计算结果显示

3　结束语

到目前为止,国内还没有其他人做过这方面的工作,但需求却非常迫切,因此,我们将高压电缆工程计算软件化可说是解决了电缆生产厂家与用户的燃眉之急,成功地充当了他们之间的媒介角色。而且,我们的研究成果——高压电缆计算软件已经在

多家大型的电缆生产厂以及科研机构投入使用,反映良好。为了继续发挥高校的科研实力,以在这方面做出更大贡献,现在,我们已经开始着手将中低压电缆的工程计算也利用软件实现。由于中低压电缆结构的多样性和复杂性,我们还有许多的工作要做,请各位专家、老师们不吝赐教。

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