一种高压电缆护层保护器的配置优化方法及系统与流程

1.本发明涉及一种高压电缆护层保护器的配置优化方法及系统，属于架空输电线路地线绝缘监测技术领域。


背景技术：

2.在感应过电压下，电缆护层保护器损坏的几个原因：(1)高压电缆线路金属护层过电压水平认识不足；(2)护层保护器配置不合理。电缆护层保护器参数的选择需要考虑过电压的影响因素并结合电缆外护层的绝缘要求，目前在电网中护层保护器的配置不合理时有发生。(3)护层保护器在多次冲击下的状态变化。当发生雷电过电压和操作过电压时，从输电线路传导过来的过电压在金属护层上产生感应过电压，从而导致护层保护器的状态发生变化。针对以上原因，需开展多次连续的冲击电流试验，评估护层保护器的冲击电流耐受能力；研究多次过电压作用下护层保护器残压、泄漏电流、功率损耗等性能参数随过电压冲击次数的变化规律等。
3.依据gb50217《电力工程电缆设计规范》、dl/t401《高压电缆选用导则》和dl/t5221《城市电力电缆线路设计技术规定》标准，目前对护层保护器参数选取的一般规定为：(1)保护器通过最大冲击电流时的残压乘以1.4后，应低于电缆护层绝缘的冲击耐压值；(2)保护器在最大工频电压作用下能承受5s而不损坏；(3)保护器应能通过最大冲击电流累计20次而不损坏。
4.目前缺乏一种优化设计电力电缆护层保护器技术参数的技术，无法为电力电缆线路设计提供选取护层保护器的理论依据。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高压电缆护层保护器的配置优化方法，能够对高压电缆线路护层保护器进行优化。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种方法，其特征在于，包括：
7.获取护层保护器的实时感应电压；
8.根据获取到的实时感应电压的幅值，判断护层保护器是否开始动作；
9.响应于护层保护器开始动作，计算护层保护器动作时吸收的能量并判断累积的能量是否超过阈值；
10.响应于累积的能量超过阈值，根据护层保护器动作时吸收的能量，计算护层保护器影响因素的适配曲线；
11.根据计算得到的适配曲线，对护层保护器的参数配置进行优化。
12.结合第一方面，进一步地，所述判断护层保护器是否开始动作，包括：
13.计算护层保护器的实际额定电压，通过下式计算：
14.ur＝u
p
/k(1)
15.式(1)中，ur为护层保护器的实际额定电压，u
p
为获取到的实时感应电压的最大值，k为保护器工频电压配合系数，k的取值范围为1.1～1.3，根据电缆护套绝缘耐受能力和护层保护器动作情况进行取值；
16.计算护层保护器的起始动作电压，通过下式计算：
[0017][0018]
式(2)中，u
1ma
为起始动作电压；
[0019]
若获取到的实时感应电压的幅值超过护层保护器的起始动作电压，则护层保护器开始动作；若获取到的实时感应电压的幅值不超过护层保护器的起始动作电压，则护层保护器不动作，继续获取护层保护器的实时感应电压。
[0020]
结合第一方面，进一步地，所述计算护层保护器动作时吸收的能量，通过下式计算：
[0021][0022]
式(3)中，在发生单相短路情况下，工频短路电流从t
1-t2的持续时间为高压断路器动作反应时间；在雷电流直击线路情况下，工频短路电流从t
1-t2的持续时间为单次雷击电流的持续时间；u(t)为护层暂态过电压，i(t)为护层环流。
[0023]
结合第一方面，进一步地，所述阈值为护层保护器阈值，若计算得到的护层保护器动作时吸收的能量超过护层保护器阈值，护层保护器的运行会发生隐患，需要对护层保护器的参数配置进行优化；若计算得到的护层保护器动作时吸收的能量未超过护层保护器阈值，护层保护器的正常运行，继续获取护层保护器的实时感应电压。
[0024]
结合第一方面，进一步地，所述计算护层保护器影响因素的适配曲线，包括：
[0025]
初始化单芯电缆的敷设方式为“品”字型，包括a单芯、b单芯和c单芯，任意两根单芯电缆之间的距离相等，每根单芯外设有护层o；
[0026]
计算任一根单芯的护层上的感应电压，通过下式计算：
[0027][0028]
式(4)中，uo为护层上的感应电压，f为护层保护器线路布置方式，ia、ib、ic分别为三根单芯电缆中流过的线芯电流，r为护层的平均几何半径，r为单芯电缆线芯导体半径，d为任意两根单芯电缆之间的距离；
[0029]
由式(4)护层保护器影响因素包括护层保护器线路布置方式、单芯电缆中流过的线芯电流、护层的平均几何半径、单芯电缆线芯导体半径和任意两根单芯电缆之间的距离，根据式(4)计算得到护层保护器影响因素的适配曲线。
[0030]
结合第一方面，优选地，若三根单芯电缆中流过的线芯电流相等，则任一根单芯的护层上的感应电压，通过下式计算：
[0031][0032]
式(5)中，uo为护层上的感应电压，f为护层保护器线路布置方式，r为护层的平均几何半径，r为单芯电缆线芯导体半径，d为任意两根单芯电缆之间的距离。
[0033]
结合第一方面，进一步地，所述对护层保护器的参数配置进行优化，包括：
[0034]
根据计算得到的适配曲线，初始化影响护层保护器的参数配置的五个指标，包括电缆长度、接地方式、保护器能量吸收能力、标称放电残压和2ms通流能力；
[0035]
采用熵权法计算五个指标对护层保护器参数配置影响程度的权重；
[0036]
基于计算得到的权重，采用基于pso优化的最小二乘支持向量机算法对护层保护器参数配置方案进行优化更新，得到护层保护器的参数配置的最优解。
[0037]
结合第一方面，进一步地，所述得到护层保护器的参数配置的最优解，包括：
[0038]
初始化基于pso优化的最小二乘支持向量机算法的参数，包括迭代计数器初始值k＝0、最大迭代次数k
max
和保护器配置优化方案种类的最大值γ；
[0039]
初始化影响护层保护器的参数配置的五个指标的参数ω、c1、c2、r1、r2为[0,1]范围内的随机值，形成初始配置方案；
[0040]
初始化初始配置方案的初始速度和初始位置分别为：
[0041][0042]
式(6)中，vr为初始配置方案的初始速度，v
ω
为参数ω的初始速度，为参数c1的初始速度，为参数c2的初始速度，为参数r1的初始速度，为参数r2的初始速度；u
τ
为初始配置方案的初始位置，u
ω
为参数ω的初始位置，为参数c1的初始位置，为参数c2的初始位置，为参数r1的初始位置，为参数r2的初始位置；
[0043]
k＝k+1，更新配置方案的速度和位置，通过下式表示：
[0044][0045]
式(6)中，vr为更新产生的配置方案的初始速度，f1、f2、f3、f4、f4为采用熵权法计算得到的五个指标的权重值，u
τ
为更新产生的配置方案的优化位置，即为更新后的护层保护器配置方案；
[0046]
计算更新得到的保护器配置方案的评价系数f
τ
，比较f
τ
与预设的评价系数阈值f
τ’，若f
τ
＜f
τ’，则继续更新保护器配置方案；若f
τ
≥f
τ’，则更新得到的保护器配置方案为最优方案，提取最优方案中的影响护层保护器的参数配置的五个指标的参数ω、c1、c2、r1、r2，得到护层保护器的参数配置的最优解。
[0047]
第二方面，本发明提供了一种高压电缆护层保护器的配置优化系统，包括：
[0048]
获取模块：用于获取护层保护器的实时感应电压；
[0049]
判断模块：用于根据获取到的实时感应电压的幅值，判断护层保护器是否开始动作；
[0050]
第一计算模块：用于响应于护层保护器开始动作，计算护层保护器动作时吸收的能量并判断累积的能量是否超过阈值；
[0051]
第二计算模块：响应于累积的能量超过阈值，根据护层保护器动作时吸收的能量，计算护层保护器影响因素的适配曲线；
[0052]
优化模块：用于根据计算得到的适配曲线，对护层保护器的参数配置进行优化。
[0053]
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括处理器及存储介质；
[0054]
所述存储介质用于存储指令；
[0055]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面所述方法的步骤。
[0056]
第四方面，本发明提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
[0057]
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种高压电缆护层保护器的配置优化方法及系统所达到的有益效果包括：
[0058]
本发明获取护层保护器的实时感应电压；根据获取到的实时感应电压的幅值，判断护层保护器是否开始动作；响应于护层保护器开始动作，计算护层保护器动作时吸收的能量并判断累积的能量是否超过阈值；响应于累积的能量超过阈值，根据护层保护器动作时吸收的能量，计算护层保护器影响因素的适配曲线；本发明能够筛选需要进行优化配置的护层保护器，能够避免存在安全隐患的护层保护器继续运行导致的事故；
[0059]
本发明根据计算得到的适配曲线，对护层保护器的参数配置进行优化；本发明能够对高压电缆线路护层保护器进行优化。
附图说明
[0060]
图1是本发明实施例1中提供的一种高压电缆护层保护器的配置优化方法的流程图；
[0061]
图2是本发明实施例1中提供的一种高压电缆护层保护器的配置优化方法中对护层保护器的参数配置进行优化的流程图；
[0062]
如图3是发明实施例1中护层保护器线路的长度对护层保护器影响的适配曲线。
具体实施方式
[0063]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0064]
实施例1：
[0065]
如图1所示，一种高压电缆护层保护器的配置优化方法，包括：
[0066]
获取护层保护器的实时感应电压；
[0067]
根据获取到的实时感应电压的幅值，判断护层保护器是否开始动作；
[0068]
响应于护层保护器开始动作，计算护层保护器动作时吸收的能量并判断累积的能量是否超过阈值；
[0069]
响应于累积的能量超过阈值，根据护层保护器动作时吸收的能量，计算护层保护器影响因素的适配曲线；
[0070]
根据计算得到的适配曲线，对护层保护器的参数配置进行优化。
[0071]
步骤1：获取护层保护器的实时感应电压。
[0072]
步骤2：根据获取到的实时感应电压的幅值，判断护层保护器是否开始动作。
[0073]
步骤2.1：计算护层保护器的起始动作电压。
[0074]
计算护层保护器的实际额定电压，通过下式计算：
[0075]
ur＝u
p
/k(1)
[0076]
式(1)中，ur为护层保护器的实际额定电压，u
p
为获取到的实时感应电压的最大值，
k为保护器工频电压配合系数，k的取值范围为1.1～1.3，根据电缆护套绝缘耐受能力和护层保护器动作情况进行取值。
[0077]
计算护层保护器的起始动作电压，通过下式计算：
[0078][0079]
式(2)中，u
1ma
为起始动作电压；
[0080]
步骤2.2：若获取到的实时感应电压的幅值超过护层保护器的起始动作电压，则护层保护器开始动作；若获取到的实时感应电压的幅值不超过护层保护器的起始动作电压，则护层保护器不动作，继续获取护层保护器的实时感应电压。
[0081]
步骤3：响应于护层保护器开始动作，计算护层保护器动作时吸收的能量并判断累积的能量是否超过阈值。
[0082]
步骤3.1：计算护层保护器动作时吸收的能量，通过下式计算：
[0083][0084]
式(3)中，在发生单相短路情况下，工频短路电流从t
1-t2的持续时间为高压断路器动作反应时间；在雷电流直击线路情况下，工频短路电流从t
1-t2的持续时间为单次雷击电流的持续时间；u(t)为护层暂态过电压，i(t)为护层环流。
[0085]
还包括，计算护层保护器能量吸收能力em，通过下式计算：
[0086]em
＝uimt(4)
[0087]
式(4)中，u为护层保护器标称放电电流下的残压；im为2ms方波通流能力；t为方波通流时间。
[0088]
步骤3.2：若计算得到的护层保护器动作时吸收的能量超过护层保护器阈值，护层保护器的运行会发生隐患，需要对护层保护器的参数配置进行优化；若计算得到的护层保护器动作时吸收的能量未超过护层保护器阈值，护层保护器的正常运行，继续获取护层保护器的实时感应电压。
[0089]
步骤4：响应于累积的能量超过阈值，根据护层保护器动作时吸收的能量，计算护层保护器影响因素的适配曲线。
[0090]
步骤4.1：初始化单芯电缆的敷设方式为“品”字型，包括a单芯、b单芯和c单芯，任意两根单芯电缆之间的距离相等；初始化护层o。
[0091]
步骤4.2：计算护层上的感应电压，通过下式计算：
[0092][0093]
式(5)中，uo为金属护层上的感应电压，f为护层保护器线路布置方式，ia、ib、ic分别为三根单芯电缆中流过的线芯电流，r为护层的平均几何半径，r为单芯电缆线芯导体半径，d为任意两根单芯电缆之间的距离。
[0094]
若三根单芯电缆中流过的线芯电流相等，则任一根单芯的护层上的感应电压，通过下式计算：
[0095][0096]
式(6)中，uo为护层上的感应电压，f为护层保护器线路布置方式，r为护层的平均
几何半径，r为单芯电缆线芯导体半径，d为任意两根单芯电缆之间的距离。
[0097]
步骤4.3：由式(4)护层保护器影响因素包括护层保护器线路布置方式、单芯电缆中流过的线芯电流、护层的平均几何半径、单芯电缆线芯导体半径和任意两根单芯电缆之间的距离，根据式(4)计算得到护层保护器影响因素的适配曲线。
[0098]
如图3所示为护层保护器线路的长度对护层保护器影响的适配曲线。
[0099]
步骤5：如图2所示，根据计算得到的适配曲线，对护层保护器的参数配置进行优化。
[0100]
步骤5.1：根据计算得到的适配曲线，初始化影响护层保护器的参数配置的五个指标，包括电缆长度、接地方式、保护器能量吸收能力、标称放电残压和2ms通流能力。
[0101]
步骤5.2：采用熵权法计算五个指标对护层保护器参数配置影响程度的权重。
[0102]
步骤5.2.1：数据归一化。
[0103]
评价指标有m个(电缆长度、接地方式、保护器能量吸收能力、标称放电残压、2ms通流能力)、评价对象有n个(配置方案)，则原始数据矩阵为：
[0104]
a＝(a
ij
)m×n(7)
[0105]
去量纲后的参数指标数据集：
[0106]
r＝(r
ij
)m×n(8)
[0107]
对大者为优的指标，归一化公式为：
[0108][0109]
式(9)中，r
ij
为归一化的指标值，a
ij
为参数指标数据集。
[0110]
步骤5.2.2：定义熵。
[0111]
在有m个评价指标n个被评价对象的评估问题中，第i个指标的熵为：
[0112][0113]
其中k＝1/lnn，参数指标的熵权值f
ij
的表达式为：
[0114][0115]
式(11)中，r
ij
为归一化的指标值，f
ij
为参数指标的熵权值。
[0116]
步骤5.2.3：定义熵权。
[0117]
定义第i个指标的熵之后，可得到第i个指标的熵权。
[0118]
步骤5.3：基于计算得到的权重，采用基于pso优化的最小二乘支持向量机算法对护层保护器参数配置方案进行优化更新，得到护层保护器的参数配置的最优解。
[0119]
步骤5.3.1：初始化基于pso优化的最小二乘支持向量机算法的参数，包括迭代计数器初始值k＝0、最大迭代次数k
max
和保护器配置优化方案种类的最大值γ。
[0120]
步骤5.3.2：初始化影响护层保护器的参数配置的五个指标的参数ω、c1、c2、r1、r2为[0,1]范围内的随机值，形成初始配置方案。
[0121]
步骤5.3.3：初始化初始配置方案的初始速度和初始位置分别为：
[0122][0123]
式(12)中，vr为初始配置方案的初始速度，v
ω
为参数ω的初始速度，为参数c1的初始速度，为参数c2的初始速度，为参数r1的初始速度，为参数r2的初始速度；u
τ
为初始配置方案的初始位置，u
ω
为参数ω的初始位置，为参数c1的初始位置，为参数c2的初始位置，为参数r1的初始位置，为参数r2的初始位置。
[0124]
步骤5.3.4：k＝k+1，更新配置方案的速度和位置，通过下式表示：
[0125][0126]
式(13)中，vr为更新产生的配置方案的初始速度，f1、f2、f3、f4、f4为采用熵权法计算得到的五个指标的权重值，u
τ
为更新产生的配置方案的优化位置，即为更新后的护层保护器配置方案。
[0127]
步骤5.3.5：计算更新得到的保护器配置方案的评价系数f
τ
，比较f
τ
与预设的评价系数阈值f
τ’，若f
τ
＜f
τ’，则继续更新保护器配置方案；若f
τ
≥f
τ’，则更新得到的保护器配置方案为最优方案，提取最优方案中的影响护层保护器的参数配置的五个指标的参数ω、c1、c2、r1、r2，得到护层保护器的参数配置的最优解。
[0128]
预设的评价系数阈值f
τ’为：其中fi为第i个参数的权重值，ai为在保护器最大负荷状态下的参数值。
[0129]
本发明考虑了电缆长度、接地方式、保护器能量吸收能力、标称放电残压、2ms通流能力的因素对高压电缆线路护层保护器进行优化，该配置优化方法简明直接，适用于绝大多数电力电缆线路护层保护器的配置优化。
[0130]
实施例2：
[0131]
本发明提供了一种高压电缆护层保护器的配置优化系统，包括：
[0132]
获取模块：用于获取护层保护器的实时感应电压；
[0133]
判断模块：用于根据获取到的实时感应电压的幅值，判断护层保护器是否开始动作；
[0134]
第一计算模块：用于响应于护层保护器开始动作，计算护层保护器动作时吸收的能量并判断累积的能量是否超过阈值；
[0135]
第二计算模块：响应于累积的能量超过阈值，根据护层保护器动作时吸收的能量，计算护层保护器影响因素的适配曲线；
[0136]
优化模块：用于根据计算得到的适配曲线，对护层保护器的参数配置进行优化。
[0137]
实施例3：
[0138]
本发明实施例提供了一种计算机设备，包括处理器及存储介质；
[0139]
所述存储介质用于存储指令；
[0140]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤。
[0141]
实施例4：
[0142]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述方法的步骤。
[0143]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0144]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。