本发明涉及电力电缆技术领域，具体涉及一种电力电缆护套环流计算方法。
背景技术：
电缆线芯载流运行时产生交变磁场，闭合的磁力线交链金属护套，产生感应电压，若护套回路闭合，则形成感应电流。总的感应电流是所有电缆线芯电流及相邻电缆护套环流共同作用的结果。同时，电缆线芯与金属护套构成一个中间介质为电缆主绝缘层的圆柱电容器，由线芯流经主绝缘至金属护层的电流为泄露电流。电缆护套环流是由感应电流及泄露电流相互叠加的结果。
高压电缆护套环流是电力系统安全运行和输电线路设计改造的重要指标。工程上对护套环流数值的限定已制定相关标准，过大的护层环流会导致电能损耗，绝缘老化，载流量降低，严重发热时甚至会烧毁地线，造成电力系统运行故障。
而当前对电力电缆护套环流计算的研究仅仅是考虑感应电流的模型建立和计算，而忽视了从线芯流入的泄露电流的作用，使其计算结果较真实环流值存在较大的误差，这对电缆的设计改造造成了不良的影响。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种电力电缆护套环流计算方法，以解决环流计算模型不完善、计算结果不准确的问题，利用此方法深度分析环流影响因素及变化规律，对输电线路的设计改造和安全运行有重要的意义。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种电力电缆护套环流计算方法，所述的护套环流计算方法包括下列步骤：
s1、根据电缆型号和专用仪器计算测量电缆金属护套电阻r、电缆金属护套电抗x、电缆两端接地电阻r1和r2、大地漏电阻re；
s2、计算由三相电缆线芯电流产生的各段线路感应电动势u1、u2、u3，计算由三相电缆护套环流产生的各段感应电动势u1’、u2’、u3’；
s3、计算电缆护套感应电流值is1、is2、is3；
s4、计算电缆护套泄露电流idl、idr；
s5、计算三相电缆护套环流电流im1l、im1r、im2l、im2r、im3l、im3r。
进一步地，所述的电缆金属护套电阻r的计算公式为：
式中，l为护套长度，ρs为护套导电率，as为护套截面积，αs为电阻温度系数，ts为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率。
进一步地，所述的电缆金属护套电抗x的计算公式为：
式中，ω为角频率，s为导体轴线间距，d为护套平均直径，k0为常数。
进一步地，所述的大地漏电阻re的计算公式为：
re＝π2lf×10-7(3)
式中，l为护套长度，f为输电线路运行频率。
进一步地，所述的线芯电流产生的各段线路感应电动势u1、u2、u3根据以下公式计算：
式中，i为电缆线芯电流；φi为由线芯电流在第i条电缆上产生的感应电动势，l为电缆线路总长，d为两电缆线芯距离，ri为第i条电缆护套半径，i＝1,2,3。
进一步地，所述的护套环流产生的各段感应电动势u1’、u2’、u3’根据以下公式计算：
式中，ii为护套i中的感应电流，xpi为护套p、i间互感抗，dc为以大地为回路时的回路等值深度，d为两护套中心距离，ρc为土壤电阻，f为频率，p＝1,2,3。
进一步地，所述的电缆护套感应电流值is1、is2、is3通过求解下列方程组可得：
式中，ui为电缆线芯电流产生的各段线路感应电动势，ui’为电缆护套环流产生的各段感应电动势，i＝1,2,3。
进一步地，所述的电缆护套泄露电流idl、idr根据以下公式计算：
id≈ic＝jωcu(10)
式中，c为电缆金属护套与线芯间的等效电容，zml为以电缆中点为基准点的左侧环流回路的等效阻抗，zmr为以电缆中点为基准点的右侧环流回路的等效阻抗，εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，di为电缆绝缘层外径，dc为包括内屏蔽层在内的电缆线芯的外径。
进一步地，所述的三相电缆护套环流电流im1l、im1r、im2l、im2r、im3l、im3r根据以下公式计算：
imil＝isi-icl(14)
imir＝isi+icr(15)
式中，i＝1,2,3，imil和imir为护套环流，isi为护套感应电流，icl和icr为泄露电流。
进一步地，常数k0当电缆不换位时取值为2，当电缆换位时为2.52，其中，电缆是否换位取决于电缆护套的接地方式，若为交叉互联接地，则电缆发生换位，此外其它接地方式电缆均不发生换位。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明提供了一种电力电缆护套环流更为精确的计算方法，利用此方法深度分析环流影响因素及变化规律，对输电线路的设计改造和安全运行有重要的意义。
附图说明
图1是本发明中电缆结构图；
图2是本发明中感应电流电路等效模型图；
图3是本发明中泄露电流电路等效模型图；
图4是本发明中公开的一种电力电缆护套环流计算方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本施例公开一种电力电缆护套环流计算方法，如图1所示为当前电力单芯电缆最为常见的结构，该计算方法适用于此类电缆。图2为感应电流电路等效模型，图3为泄露电流电路等效模型，本发明所有的计算参数、推导以及公式的建立均是围绕着这两个电路图展开，求解电力电缆护套环流本质上即为求解这二个电路。其求解过程具体包括下列步骤：
1)测量电缆金属护套两端接地电阻r1和r2。这个数值可以从设计指标中直接读取，最好通过专用仪器现场测量，因为时间变化、环境变迁，接地电阻也在不断变化。
2)计算电缆金属护套电阻r，参照下列计算公式，
式中，l为护套长度，ρs为护套导电率，as为护套截面积，αs为电阻温度系数，ts为护套工作温度，η为护套温度相对导体温度比率，一般取0.8；
3)计算电缆金属护套电抗x，参照下列计算公式，
式中，ω为角频率，s为导体轴线间距，d为护套平均直径，k0为常数，当电缆不换位时为2，换位时为2.52。换不换位取决于电缆护套的接地方式，若为交叉互联接地，则电缆发生换位，此外其它接地方式均不换位。
4)计算大地漏电阻re，参照下列计算公式，
re＝π2lf×10-7(3)
式中，l为护套长度，f为输电线路运行频率；
5)计算线芯电流产生的感应电动势u1、u2、u3，参照下列计算公式，
式中，i为电缆线芯电流；φi为由线芯电流在第i条电缆上产生的感应电动势，l为电缆线路总长，d为两电缆线芯距离，ri为第i条电缆护套半径，i＝1,2,3。
6)计算护套环流产生的感应电动势u1’、u2’、u3’，参照下列计算公式，
式中，ii为护套i中的感应电流，xpi为护套p、i间互感抗，dc为以大地为回路时的回路等值深度，d为两护套中心距离，ρc为土壤电阻率，f为频率；p＝1,2,3。
7)计算护套感应电流值is1、is2、is3，通过求解下列方程组可得：
式中，i＝1,2,3。感应电流的求解对应着图2所示电路求解完成。
8)计算电缆护套泄露电流idl、idr，参照下列计算公式，
id≈ic＝jωcu(10)
式中，c为电缆金属护套与线芯间的等效电容；zml为以电缆中点为基准点的左侧环流回路的等效阻抗；zmr为以电缆中点为基准点的右侧环流回路的等效阻抗；εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，ε0取8.86×10-12f/m，di为电缆绝缘层外径，dc为电缆线芯的外径(含内屏蔽层)。
电缆电容的计算方法是通过将电缆视为以xlpe为绝缘介质的圆柱型电容器，其次泄漏电流包含容性和阻性成分，由于单位长度xlpe绝缘电缆电阻可达到数百gω/km，因此漏电流中的阻性成分一般小于1ma/km，而泄露电流容性成分可达数a/km。因此泄漏电流可近似为电容电流。
9)计算三相电缆护套环流电流im1l、im1r、im2l、im2r、im3l、im3r，参照下列计算公式，
imil＝isi-icl(14)
imir＝isi+icr(15)
式中，i＝1,2,3，imil和imir为护套环流，isi为护套感应电流，icl和icr为泄露电流。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。