一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法

1.本发明专利属于高压电缆输电技术领域，具体涉及一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算与验证方法。


背景技术：

2.随着风力发电、跨海联网及城市输电的发展，高压电缆因具有占地空间小、供电可靠性高、改善市容市貌等优点已成为输配电网的重要设备，得到日益广泛的应用。在运行中，高压电缆易受不平衡暂态波的影响，如开关操作过电压、雷击过电压、接地故障等，严重时可导致电缆本体绝缘击穿，这给电缆的安全可靠运行带来威胁。因此，精确计算电缆电磁暂态波过程，准确掌握过电压、过电流传输规律，从而指导高压电缆绝缘设计与系统保护器选型，可显著降低因电缆故障引发的巨大经济损失。
3.电缆电磁暂态的计算主要依靠商用软件进行建模仿真，如atp、pscad等。由于当前软件主要侧重于系统层面，因此对于电缆结构的建模过分简化，常忽略电缆内外半导电层、阻水缓冲层、金属护套结构对分布参数计算结果的影响。相关实验表明上述电缆层结构在电缆暂态波的传播过程中，会导致其波速度、衰减系数、特征阻抗等传播特征参数的变化，进而影响电压、电流分布规律，致使电缆在绝缘状态评估与绝缘配合策略制定中缺乏有效的数据支持。因此，如何实现电缆各层的精细化建模，而非仅将电缆简单考虑为线芯-绝缘-金属屏蔽的同轴圆柱形结构，是当前电缆电磁暂态精确计算所面临的难题。
4.对于高压电缆的金属护套，常采用波纹铝护套、铝塑复合护套等。同时，平滑铝护套结构也逐渐被采用以避免电缆缓冲层烧蚀对电缆安全运行的影响。在对金属护套的分布参数等效电路构建中，现有emtp型暂态软件多将其等效为单层同轴结构，即平滑铝护套形式。然而，广泛采用的波纹铝护套实际为螺旋状的波纹结构，如图7(a)和图7(b)所示，几何特征为在垂直于螺纹轴线的任意界面几何形状相同；护套横截面为圆柱形，并在截面一点接触电缆缓冲层，护套沿电缆轴向移动，绕缆芯旋转，保持恒定的内外半径，并与线芯的圆心有一定偏移。因此，波纹铝护套的有效长度实际比电缆线芯长度更长，当电流在铝护套中流动时，其有效长度将影响电缆模型阻抗与导纳的计算；同时由于具有一定的偏心距，同轴圆柱形式的等效也与实际结构有差异。因此，提出符合波纹铝护套结构的电磁暂态建模方法，从而实现等效分布参数电路的阻抗与导纳的精确计算，对于把握电缆中电压、电流传输特点，制定准确的电缆保护策略具有重要的工程价值。


技术实现要素：

5.为了克服现有的金属护套电磁暂态建模的不足，本专利提供一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法，充分考虑螺旋波纹铝护套结构的偏心距与等效长度对分布参数等效电路阻抗与导纳的影响，不仅适用于不同尺寸、电压等级、长度的波纹铝护套电力电缆的分布参数等效电路计算，还能够提高电缆电磁暂态仿真精度。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明提供一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法，通过利用平均几何半径技术构建波纹铝护套平面等效电路，求解其等效延伸长度；基于麦克斯韦方程组，推导偏心导体阻抗计算近似公式；基于多层电缆结构与平均几何半径，推导导纳计算公式；基于上述公式计算考虑波纹铝护套结构的电缆波传输过程特征参数，从而分析波过程规律；搭建具有波纹铝护套结构的单芯电缆回路，开展低压脉冲试验，采集电缆首末端电压电流波形对计算结果进行验证。
8.一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法包括如下步骤：
9.s1、根据高压电缆波纹铝护套结构的几何特征推导铝护套内半径公式；
10.s2、基于所述内半径公式，利用平均几何半径技术将波纹铝护套等效为均匀圆柱形外壳；
11.s3、使用正弦函数对实际波纹铝护套的波纹进行拟合；
12.s4、基于拟合结果，求解等效均匀圆柱形外壳的有效长度；
13.s5、基于所述有效长度，推导导体阻抗计算近似公式；
14.s6、基于电缆结构与平均几何半径，推导导纳计算公式；
15.s7、基于所述内半径公式、导体阻抗计算近似公式、导纳计算公式，计算考虑波纹铝护套结构的电缆波传输过程特征参数。
16.优选地，该方法还包括如下步骤：
17.s8、搭建低压脉冲验证性试验回路对计算结果进行验证。进一步的，在验证性试验测量误差满足要求的情况下，本方法不存在验证失败的情况，建模方法本身在理论推导过程上已经更贴合实际电缆结构，因此相比于传统简化方法已经在计算精度上进行了提升。
18.优选地，所述几何特征为：
19.高压电缆波纹铝护套为螺旋波纹铝护套，其横截面为圆柱形，并在截面一点接触电缆缓冲层，护套沿电缆轴向移动，绕缆芯旋转，保持恒定的内外半径，并与线芯的圆心有一定偏移。
20.优选地，所述铝护套内半径公式为：
21.r
i，s
＝(r
o，w
+r
i,p-ds)/2
22.其中，
23.r
i，s
为铝护套内半径，
24.r
o，w
为阻水层外半径，
25.r
i,p
为pvc外护层内半径，
26.ds为铝护套厚度。
27.优选地，所述平均几何半径技术为采用平均几何半径gmr作为螺旋波纹铝等效半径，从而将螺旋状的波纹铝结构等效为均匀圆柱形外壳，其中，
28.gmr＝r
i，s
+ds/2。
29.优选地，步骤s3中，所述拟合方式为：
30.f(x)＝asin(bx)
31.其中，
32.a为波纹铝的波峰，b＝2π/l
p
，l
p
为节距长度。
33.优选地，所述等效均匀圆柱形外壳的有效长度l为：
[0034][0035]
其中，
[0036]
δx为原始长度，
[0037]
δl是波纹铝护套等效延伸长度，
[0038]f′
(x)为实际波纹铝护套的波纹正弦拟合函数的导数。
[0039]
优选地，所述导体阻抗计算近似公式如下：
[0040]
修正线芯和护套间的互阻抗z
12
、护层与大地间互阻抗z
′
23
、护层内表面阻抗z
′
2i
、护层外表面阻抗z
′
2o
、护层互阻抗z
′
2m
分别为：
[0041][0042]
其中，
[0043]
j是数学中的虚数单位，
[0044]
ω为角频率，
[0045]
μ0为真空磁导率，
[0046]
b为铝护套与线芯间的偏心距，其值为r
i，s-r
o，w
，
[0047]ro，c
为线芯外半径；
[0048][0049]
其中，
[0050]ro，s
为铝护套外半径，
[0051]ro，p
为pvc外护层的半径；
[0052]z′
2i
＝z
2i
·
l/δx
[0053]z′
2m
＝z
2m
·
l/δx
[0054]z′
2o
＝z
2o
·
l/δx
[0055]z′
23
＝z
23
·
l/δx
[0056]
其中，
[0057]z2i
为修正前的护层内表面阻抗，z
2m
为修正前的护层互阻抗，z
2o
为修正前的护层外表面阻抗，z
23
为仅考虑偏心距时的护层与大地间互阻抗；
[0058]
进一步，计算同轴模式阻抗为：
[0059]zcoaxial
≈z
11
+z
12
+z
′
2i
[0060]
其中，
[0061]zcoaxial
为同轴模式阻抗，
[0062]z11
为线芯外表面内阻。
[0063]
优选地，所述导纳y(ω)计算公式如下：
[0064][0065]
其中，y1(ω)、y2(ω)、y3(ω)、y4(ω)、y5(ω)分别为电缆内半导电层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层、空气层的导纳；
[0066][0067][0068][0069][0070][0071]
式中，ε0为真空介电常数，分别为内半导电层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层的相对复介电常数，由材料试验测得，根据主导频率f＝ω/2π的值选择对应频率下的复介电常数取值，从而充分考虑材料的频变特性对导纳计算的影响；r1、r
o，i
、r3、r
i，s
分别为内半导电层外半径、绝缘层外半径、外半导电层外半径与为铝护套内半径。
[0072]
优选地，所述特征参数计算方式如下：
[0073][0074][0075]
α＝re(γ)
[0076]
其中，z0为特征阻抗，v为波速度，α为衰减系数，
[0077][0078]
β＝im(γ)
[0079]
其中，γ为传播常数，β为相位常数。
[0080]
优选地，所述验证方式为：向电缆首端注入宽频脉冲电压波，利用电压差分探头在电缆首尾端采集电压波形，利用罗氏线圈在电缆首端采集电流波形；由于首尾两端的电压进行了同步，可利用电缆长度l与电压传播时间差值δt获取波速度的试验结果v
′
，即
[0081]v′
＝l/δt
[0082]
比较试验结果v
′
与计算结果v，验证仿真建模精度。
[0083]
本发明的技术优点如下：
[0084]
1)相比现有技术仅简单考虑为线芯-绝缘-金属屏蔽的同轴圆柱形结构，本发明利用几何平均半径技术构建了波纹铝护套平面等效结构，充分考虑波纹铝等效延伸长度对阻抗与导纳计算的影响。
[0085]
2)相比于现有技术利用同轴圆柱形等效对电缆各层阻抗进行计算，本发明充分考虑螺旋结构带来的偏心距对阻抗计算结果的误差。
[0086]
3)本发明设计了波纹铝护套结构的单芯电缆回路，开展低压脉冲试验，建立电压传播时间差与电缆长度关系，提出用波速度验证仿真建模精度，填补了现有暂态计算缺乏验证环节的空白。
附图说明
[0087]
图1为本发明的步骤流程图；
[0088]
图2为波纹铝护套等效结构图；
[0089]
图3为低压脉冲验证性试验回路示意图；
[0090]
图4(a)、图4(b)为同轴模式阻抗z
coaxial
计算结果对比图；
[0091]
图5(a)、图5(b)为电缆多层结构导纳计算结果对比图；
[0092]
图6(a)至图6(c)为同轴模式电缆本体波过程特征参数计算结果对比图；
[0093]
图7(a)、图7(b)为螺旋波纹铝护套示意图；
[0094]
图8为采集的电压脉冲注入波形。
具体实施方式
[0095]
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及附图1至图8，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作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。
[0096]
本发明提供一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法，如图1所示，通过利用平均几何半径技术构建波纹铝护套平面等效电路，求解其等效延伸长度；基于麦克斯韦方程组，推导偏心导体阻抗计算近似公式；基于多层电缆结构与平均几何半径，推导导纳计算公式；基于上述公式计算考虑波纹铝护套结构的电缆波传输过程特征参数，从而分析波过程规律；搭建具有波纹铝护套结构的单芯电缆回路，开展低压脉冲试验，采集电缆首末端电压电流波形对计算结果进行验证。
[0097]
在一个实施例中，所述考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法具体包括如下步骤：
[0098]
s1、如图7(a)和图7(b)所示，螺旋波纹铝护套横截面为圆柱形，并在截面一点接触电缆缓冲层，护套沿电缆轴向移动，绕缆芯旋转，保持恒定的内外半径，并与线芯的圆心有一定偏移。根据上述几何特征可推导铝护套内半径为：
[0099]ri，s
＝(r
o，w
+r
i,p-ds)/2
[0100]
其中，
[0101]ri，s
为铝护套内半径，
[0102]ro，w
为阻水层外半径，
[0103]ri
,
p
为pvc外护层内半径，
[0104]ds
为铝护套厚度。
[0105]
s2、为了考虑波纹铝护套的实际长度，将波纹铝护套转换为均匀圆柱形外壳，如图
2所示，此时采用平均几何半径gmr作为螺旋波纹铝等效半径，从而将波纹螺旋状的铝护套结构等效为均匀圆柱形外壳，其中
[0106]
gmr＝r
i，s
+ds/2。
[0107]
进一步的，利用平均几何半径技术，将波纹螺旋状的铝护套结构等效为均匀圆柱形外壳，从而解决因螺旋波纹铝三维结构造成的阻抗与导纳计算复杂问题。在具有准确计算精度的前提下，提高了波过程计算速度。
[0108]
同时，从图2中可以看到，波纹铝结构其铝导体的长度明显大于电缆线芯长度，因此在计算中需要将波纹铝等效延伸长度考虑在阻抗计算中，提高计算的准确性。
[0109]
s3、使用正弦函数对实际波纹铝护套的波纹进行拟合，即
[0110]
f(x)＝asin(bx)
[0111]
其中，
[0112]
a为波纹铝的波峰，b＝2π/l
p
，l
p
为节距长度。进一步的，根据电缆波纹铝护套的几何结构，使用正弦函数/余弦函数是较准确且简单易计算的拟合函数，不会出现过拟合/欠拟合的情况，使用上述两种函数进行拟合其误差在后续计算中可忽略不计。
[0113]
s4、基于s3波纹铝护套正弦拟合表达式，可求解图2中线芯a-b段所对应的等效均匀圆柱形外壳的有效长度为：
[0114][0115]
其中，
[0116]
δx为原始长度，
[0117]
δl为波纹铝护套等效延伸长度，
[0118]f′
(x)为实际波纹铝护套的波纹正弦拟合函数的导数。
[0119]
s5、考虑金属护套等效延伸长度与非同轴结构，修正线芯和护套间的互阻抗z
12
、护层与大地间互阻抗z
′
23
、护层内表面阻抗z
′
2i
、护层外表面阻抗z
′
2o
、护层互阻抗z
′
2m
如下：
[0120][0121]
其中，
[0122]
j是数学中的虚数单位，
[0123]
ω为角频率，
[0124]
μ0为真空磁导率，
[0125]
b为铝护套与线芯间的偏心距，其值为r
i，s-r
o,w
，
[0126]ro，c
为线芯外半径。
[0127][0128]
其中，
[0129]ro,s
为铝护套外半径，
[0130]ro,p
为pvc外护层的半径。
[0131]z′
2i
＝z
2i
·
l/δx
[0132]z′
2m
＝z
2m
·
l/δx
[0133]z′
2o
＝z
2o
·
l/δx
[0134]z′
23
＝z
23
·
l/δx
[0135]
其中，
[0136]z2i
为修正前的护层内表面阻抗，z
2m
为修正前的护层互阻抗，z
2o
为修正前的护层外表面阻抗，z
23
为仅考虑偏心距时的护层与大地间互阻抗。
[0137]
进一步，计算同轴模式阻抗为：
[0138]zcoaxial
≈z
11
+z
12
+z
′
2i
[0139]
其中，
[0140]zcoaxial
为同轴模式阻抗，
[0141]z11
为线芯外表面内阻。
[0142]
s6、计算电缆多层结构导纳y(ω)，计算方程式如下：
[0143][0144]
其中，y1(ω)、y2(ω)、y3(ω)、y4(ω)、y5(ω)分别为电缆内半导电层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层、空气层的导纳；
[0145][0146][0147][0148][0149][0150]
式中，ε0为真空介电常数，分别为内半导电层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层的相对复介电常数，由材料试验测得，根据主导频率f＝ω/2π的值选择对应频率下的复介电常数取值，从而充分考虑材料的频变特性对导纳计算的影响；r1、r
o，i
、r3、r
i，s
分别为内半导电层外半径、绝缘层外半径、外半导电层外半径与为铝护套内半径。
[0151]
s7、所述含多层结构的电缆本体同轴模式下波过程特征参数，即特征阻抗z0，波速度v和衰减系数α如下式所示：
[0152]
[0153][0154]
α＝re(γ)
[0155]
其中，z0为特征阻抗，v为波速度，α为衰减系数，
[0156][0157]
β＝im(γ)
[0158]
其中，γ为传播常数，β为相位常数。
[0159]
s8、搭建如图3所示低压脉冲验证性试验回路对计算结果进行验证。向电缆首端注入宽频脉冲电压波，利用电压差分探头在电缆首尾端采集电压波形，利用罗氏线圈在电缆首端采集电流波形。由于首尾两端的电压进行了同步，可利用电缆长度l与电压传播时间差值δt获取波速度的试验结果v
′
：
[0160]v′
＝l/δt
[0161]
比较试验结果v
′
与计算结果v，验证仿真建模精度。
[0162]
进一步的，图3所示为低压脉冲验证性试验回路，从电缆首端线芯处注入高频脉冲或宽频正弦波信号，利用示波器同时采集首端线芯电流、线芯-护层间的电压以及末端线芯-护层间的电压就，通过对比首、末端波形到达时间差值δt，在已知电缆长度的情况下，求解波传播速度。将试验所获得的波速度与计算所得波速度进行对比，从而验证仿真模型的精度。
[0163]
该试验回路与步骤填补了目前波过程计算缺乏验证过程的空白，其利用可变频率的注入激励，实现了宽频范围内的波过程计算精度验证。
[0164]
以
±
320kv电缆为例，其采用螺旋波纹铝金属护套，轧纹深度5.45mm，标称厚度2.8mm，节距20mm。根据本发明的所述公式，计算其偏心距b＝2.725mm，平均几何半径gmr＝64.875mm，波纹铝护套等效内半径r
i，s
＝63.475mm。当δx＝20mm时，波纹铝护套等效延伸长度为l＝23.2721mm，l/δx＝1.1636。计算了考虑波纹铝结构的z
coaxial
，并与传统简化方法(即采用简单平滑铝等效结构)进行了对比，对比结果如图4(a)至图5(b)。
[0165]
图4(a)和图4(b)给出了利用传统的平滑铝计算方法与所提出的考虑实际螺旋波纹铝结构的波过程计算方法所得的电缆同轴模式下阻抗结果。考虑螺旋波纹铝结构后，电缆具有更大的电阻与电感值，这与真实波纹铝电缆线路的波传播过程更为贴合，同时也说明传统利用平滑铝结构所计算的实际波纹铝电缆，其阻抗计算结果整体偏低。
[0166]
图5(a)和图5(b)给出了利用平均几何半径技术所得的等效同轴圆柱形电缆结构与传统平滑铝结构所计算的导纳结果，在螺旋波纹铝结构下在金属屏蔽与阻水缓冲层间还引入了空气层的存在，导致实际波纹铝结构导纳与平滑铝结构导纳发生明显差异。传统的平滑铝护套计算方法不适用于波纹铝结构电缆。
[0167]
由图4(a)至图5(b)可见，在电缆其他几何尺寸相同的情况下，螺旋波纹铝护套结构相比于平滑铝护套结构，具有更高的电阻与电感，更低的电导与电容。
[0168]
进一步，计算其波过程特征参数如图6(a)至图6(c)所示。图6(a)至图6(c)给出了根据上述阻抗与导纳计算结果所推导的同轴模式波传播特征参数，包括特征阻抗、波速度以及衰减系数。利用传统平滑铝护套计算方法所得的三个参数均与采用本方法所计算的结
果有明显差异，尤其在特征阻抗与波速度上。一方面本方法更为贴近实际的波纹铝结构，传统方法对于波纹铝电缆的计算的不适用性。另一方面，可以看出由于前两者的差异较明显，因此可利用特征阻抗/波速度作为验证参量。由图6(a)至图6(c)可见，螺旋波纹铝护套的三类波过程典型特征参数与平滑铝护套具有明显差异，表明方法考虑螺旋波纹铝结构的特殊性在电磁暂态计算中是十分必要的。
[0169]
同时，搭建具有波纹铝护套结构的单芯电缆回路，开展低压脉冲试验，通过采集电缆首末端电压电流波形对计算结果进行了验证，如图8所示为采集的电压脉冲注入波形。通过比较两端所采集到的电压波形时延δt计算试验结果的波速度v
′
，发现考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法所得波速度与试验结果波速度误差在3％以内，说明该方法满足电磁暂态计算的精度要求。图8给出了实施例中对于本方法的低压脉冲验证性试验回路所选用的激励，其为高频脉冲，含有广泛的频率成分，因此可实现方法非单一频率的验证。
[0170]
上述对本技术中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本技术的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本技术保护范围之内的其它的技术方案。

技术特征：
1.一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1、根据高压电缆实际波纹铝护套结构的几何特征推导铝护套内半径公式；s2、基于所述内半径公式，利用平均几何半径技术将波纹铝护套等效为均匀圆柱形外壳；s3、使用正弦函数对高压电缆实际波纹铝护套的波纹进行拟合；s4、基于拟合结果，求解等效均匀圆柱形外壳的有效长度；s5、基于所述有效长度，推导导体阻抗计算近似公式；s6、基于高压电缆实际波纹铝护套结构与平均几何半径，推导导纳计算公式；s7、基于所述铝护套内半径公式、导体阻抗计算近似公式、导纳计算公式，计算电缆波传输过程的特征参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，该方法还包括如下步骤：s8、搭建低压脉冲验证性试验回路对计算结果进行验证。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝护套内半径公式为：r
i，s
＝(r
o，w
+r
i,p-d
s
)/2其中，r
i，s
为铝护套内半径，r
o，w
为阻水层外半径，r
i,p
为pvc外护层内半径，d
s
为铝护套厚度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均几何半径技术为采用平均几何半径gmr作为螺旋波纹铝等效半径，即gmr＝r
i，s
+d
s
/2，从而将波纹铝护套等效为均匀圆柱形外壳。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，拟合的公式为：f(x)＝asin(bx)，其中，a为波纹铝的波峰，b＝2π/l
p
，l
p
为节距长度。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述等效均匀圆柱形外壳的有效长度l为：其中，δx为原始长度，δl是波纹铝护套等效延伸长度，f
′
(x)为实际波纹铝护套的波纹正弦拟合函数的导数。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体阻抗计算近似公式如下：修正线芯和护层间的互阻抗z
12
、护层与大地间互阻抗z
′
23
、护层内表面阻抗z
′
2i
、护层外表面阻抗z
′
2o
、护层互阻抗z
′
2m
分别为：其中，
j是数学中的虚数单位，ω为角频率，μ0为真空磁导率，b为铝护套与线芯间的偏心距，其值为r
i，s-r
o,w
，r
i，s
为铝护套内半径，r
o，w
为阻水层外半径，r
o，c
为线芯外半径；其中，r
o,s
为铝护套外半径，r
o，p
为pvc外护层的半径；z
′
2i
＝z
2i
·
l/δxz
′
2m
＝z
2m
·
l/δxz
′
2o
＝z
2o
·
l/δxz
′
23
＝z
23
·
l/δx其中，z
2i
为修正前的护层内表面阻抗，z
2m
为修正前的护层互阻抗，z
2o
为修正前的护层外表面阻抗，z
23
为仅考虑偏心距时的护层与大地间互阻抗；进一步，计算同轴模式阻抗为：z
coaxial
≈z
11
+z
12
+z
′
2i
其中，z
coaxial
为同轴模式阻抗，z
11
为线芯外表面内阻。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导纳计算公式如下：其中，y(ω)为等效导纳，y1(ω)、y2(ω)、y3(ω)、y4(ω)、y5(ω)分别为电缆内半导电层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层、空气层的导纳；层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层、空气层的导纳；层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层、空气层的导纳；层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层、空气层的导纳；
式中，ε0为真空介电常数，分别为内半导电层、绝缘层、外半导电层、阻水缓冲层的相对复介电常数，由材料试验测得，根据主导频率f＝ω/2π的值选择对应频率下的复介电常数取值，从而充分考虑材料的频变特性对导纳计算的影响；r1、r
o，i
、r3、r
i，s
分别为内半导电层外半径、绝缘层外半径、外半导电层外半径与为铝护套内半径。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述特征参数的计算方式如下：9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述特征参数的计算方式如下：α＝re(γ)其中，z0为特征阻抗，v为波速度，α为衰减系数，β＝im(γ)其中，γ为传播常数，β为相位常数。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述验证的过程如下：向电缆首端注入宽频脉冲电压波，利用电压差分探头在电缆首尾端采集电压波形，利用罗氏线圈在电缆首端采集电流波形；由于首尾两端的电压进行了同步，利用电缆长度l与电压传播时间差值δt获取波速度的试验结果v
′
：v
′
＝l/δt比较试验结果v
′
与计算结果v，验证仿真建模精度。

技术总结
本发明提供一种考虑高压电缆波纹铝护套结构的波过程计算方法，步骤包括：根据高压电缆波纹铝护套的几何特征推导其内半径公式；利用平均几何半径技术将波纹铝护套等效为均匀圆柱形外壳；使用正弦函数对实际波纹铝护套的波纹进行拟合；求解等效均匀圆柱形外壳的有效长度；基于有效长度与等效均匀圆柱形外壳结构，推导导体阻抗计算近似公式；基于高压电缆实际波纹铝护套结构，推导导纳计算公式；基于上述公式，计算考虑波纹铝护套结构的电缆波传输过程特征参数；搭建低压脉冲验证性试验回路对计算结果进行验证。本发明不仅适用于不同尺寸、电压等级、长度的波纹铝护套电力电缆的分布参数等效电路计算，还能够提高电缆电磁暂态仿真精度。仿真精度。仿真精度。


技术研发人员：胡钰骁 徐阳 李俊瑶 王毅松
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/28