基于Carson-clem算法的電力電纜分布參數設計

張 穎

南寧學院 廣西 南寧 530004

隨著國內經濟與技術的繁榮，人們對于高質量的需求日益增長，因此人們對電的需求不斷增加，因此電力企業加大力度建設高壓變電站，高壓變電站是利用電纜線路作為輸電線路，這種電纜線路具有較長的距離，同時具有較大的容量。因此，電力企業需要合理選擇電纜線路，做好接地和鋪設工作，保障電力企業運行的穩定性。為了保障高壓電力電纜線路的使用效果，需要利用可靠性的開關電源和電纜，因此需要用合理的方法設計電力電纜分布參數。

一、輸電電纜參數設計與安全管理的重要性

1.有效的電力電纜分布式參數設計的重要性

輸電電纜的安全管理工作早在2014 年就已經在電網安全工作報告中被提出，這意味著輸電電纜的安全問題正在日益突出，已經到了不得被忽視的地步。我國電纜制造業已超過美國，成為了世界第一大電纜制造國，這也是我國電力電纜電網建設飛快發展的客觀原因之一。目前我國的輸電電纜長期處在超負荷工作和超負載的壓力中，輸電電纜的故障率相比較以往大幅度提高，輸電電纜的安全管理迫在眉睫。

輸電電纜目前存在的問題包括在制造、規劃、施工和環境等因素的影響，但工程設計過程中設計人員沒有考慮到電纜鋪設的實際情況，對溫度、地質等問題的分析和考察不夠，也因此沒有選擇好合適參數的輸電電纜，導致電纜在實際運行過程中經常出現問題。這種因為參數設計的細小誤差可能在工作中導致較大的問題。由于在針對具體的工程項目中，沒有針對具體的項目開展有效的電力電纜分布參數的設計，而導致目前存在的問題。

2.電力電纜在參數設計實施后的安全管理

在保證電纜質量沒有問題之后，建設人員需要加強對電纜鋪設過程的管理，電纜施工操作要嚴格按照有關部門出臺的操作規范進行，重視電纜接頭處工藝技術的實施，避免因施工原因導致的電纜外部絕緣體層的破壞。在電力電纜鋪設的過程中需要考慮到工程使用的情景和狀況，比如電纜鋪設的路徑對電纜性能要求，因為電纜不僅僅可以鋪設在地下，還可以在海底。其次，電纜鋪設地點的環境、水流情況以及鋪設路徑的彎曲程度都會對電纜的后續使用情況產生一定的影響。所以建設人員在進行電纜鋪設前一定要自己設計合適的電纜外形并將自己對電纜的性能要求告訴電纜制造企業，督促他們完成。在收到電纜制造企業的成品后，建設人員要根據國家安全標準對新到的電纜做技術參數和質量的檢測工作，一旦發現性能或者質量不合格的電纜立刻遣返重做，嚴格防止不合格電纜進入施工現場。

同時要重視電力電纜的施工、電纜的維護工作和輸電電纜的預防措施的開展。其中，要定期對電纜進行檢修維護，建設人員要對電纜進行常發故障分析，對電纜容易發生故障的地方進行定期巡查，比如電纜接頭、金屬保護殼是否接地、電纜電壓保護器是否脫落。要落實好對電纜鋪設地點的巡查工作，提高巡查質量。其次要對電纜鋪設環境進行定期巡查，時刻關注電纜鋪設環境處的變化，觀察電纜隧道內是否有異物、輸電電纜是否脫離電纜溝、電纜是否露出地面。除此之外，還要巡查電纜隧道內的通風、排水，及時做好消防設施建設，彌補由于運行時間過多造成的設施問題。最后，還需要引進先進的檢測設備，對電纜鋪設的薄弱環節進行放電檢測和溫度檢測。

二、電力電纜分布式參數設計方法

1.電力電纜參數設計流程

電力電纜是建筑工程、工業輸配電等領域常用電工材料，也是電力工程項目招投標最常用到的產品。因市場原材料價格波動頻繁，生產工藝和材料不斷革新，電纜的價格存在波動。為最大限度保證投標報價及時跟隨生產工藝成本的變化，需要一套能根據生產工藝及原材料價格波動獲得快速報價和編制生產工藝的軟件。主要電力電纜設計的流程為：第一步，確立電纜的型號規格：調用電纜型號基礎數據庫，根據電纜各部分的組成代號和各個部分的生產工藝方式，確立電纜型號；第二步，確立計算電纜各個部分厚度參數：根據第一步確立的電纜的型號規格和GB/T 12706.3—2008標準規定的假設法數值運算功能確定隔離層、鋼帶、護套等厚度數據；第三步，計算電纜結構尺寸參數：根據電纜的型號規格，調用標準參數基礎數據電纜各部分厚度尺寸數據，運用工具提供的數學計算功能，計算出電纜結構尺寸參數；第四步，計算電纜的定額和成本：根據電纜結構尺寸參數，調用標準參數基礎數據中電纜各部分厚度尺寸數據、密度，計算電纜的定額，結合材料單價即可計算出成本。最后輸出電纜的結構尺寸、定額（耗材）、成本等數據。

2.電力電纜參數設計過程電纜結構分解

電力電纜在設計的過程中主要考慮電纜的用途、絕緣程度、隔離層、護套、鎧裝、電纜燃燒特性和電壓等級等方面。主要考慮的因素有如下：

導體的材料：L一鋁；T一銅。根據GB/T 3956—2008電纜的導體規定，電纜的導體的材質分為銅、鋁合金、鋁導體等，為便于具體工程中用數據的有效性進行篩選和選擇，分別用字母T、HL、L 表示。同時GB/T 3956—2008 標準中規定了4 種類型的導體結構，根據中壓電力電纜的產品特點，選取合適的半導體。

內護層：內保護作為保護電纜的有效裝置，主要分為以下幾個系列：v：聚氯乙烯護套；y：聚乙烯護套；L：鋁護套；Q：鉛護套；H：橡膠互套；F：氯丁橡膠互套。

外護層：外保護作為抵御環境因素重要的保護特性，包括鎧裝層和外被層，用兩位數字表示，鎧裝層分為7 種類型，對于材質不同，但可能影響電纜結構及成本的代號進行了區分，其中0：無鎧裝層；2：雙鋼帶；3：細鋼絲鎧裝；4：一粗鋼絲鎧裝。

阻燃電纜：代號前加ZR，耐火電纜代號前加NH。例如0.6／1KVZR：yjv22-1KV，3X2.5電纜，各符號的含義是：0.6／1Kv表示電纜的額定電壓等級，0.6KV表示每相導體對地電壓，1Kv表示相與相之間的絕緣電壓。ZR：表示電纜是阻燃型。Yj：表示絕緣層是交聯聚氯乙稀。V：聚氯乙烯內護套。22一第一個2表示鎧裝層的材質是鋼帶。第二個2表示電纜外被層的材料是聚氯乙烯。3X2.5表示電纜的規格，3表示電纜是3芯，2.5表示每芯的截面積都是2.5，單位是mm。

最后，還需要具體的工程項目考慮常用導線及電纜的用途，并選擇最恰當的結構和導線。實際的工程中有不太相同的應用環境，針對每一個工程應用進行有效的參數設計是確保項目穩定執行的先決條件。

三、基于Carson-clem算法的電力電纜分布參數設計

隨著社會的發展，供電技術得到蓬勃發展，清新干凈的能源得到不斷地推廣，但無論是供電系統還是互聯網的發展都需依靠電纜作為基本的載體。因為電力電纜具有較高的可靠性和以及占用面積小等特點，在各個產業環境得到積極應用。其中基于Carson-clem算法設計也得到廣泛的應用。

Naser D.T構建了一個針對電路電纜的理想模型結構，利用多導體分析的方法對電纜線路的設計進行需求分析與參數設計。當電纜輸電線路的組成三對導體即六根導線和一根地線所組成的平行的結構，就必須考慮大地內部產生的磁場所產生的的影響，需要將電阻電抗的設計進行分開處理，避免磁場對參數的設計產生影響。一般情況下可以用Carson-clem公式計算店里的阻抗矩陣、電感自阻抗和互阻抗，其公式如下：

其中公式這個ri表示半導體咋單位長度以為的電阻值的大小，在進行參數設計的時候需要考慮集膚效應和近鄰效應對電阻所產生的影響，盡最大的可能減少對黃對電纜的影響。其次，針對電纜參數的設計，導體之間可能存在不同的結構形式，包括同軸導體外導體與內導體之間的互阻抗在在一定程度上可以等于其自阻抗。需要針對具體的情況，針對不同的結構進行參數的考量和設計。

其次，計算電纜參數具有不同的方法，當電纜布置為不同的形狀分布時具有不同的設計方法，需要要根據實際的情況采用有效的方法來進行計算和效果仿真。

四、結語

在電力系統中，電纜參數的設計是電氣參數設計的重要組成部門，為有效地提高電纜設計的效率需要考慮設計前后的復雜環境因素與電纜本身的特性，引用Carson-clem算法來完成電阻阻抗、電磁感應矩、電容逆矩抗、序矩抗等參數，不斷提高計算的有效性和準確度。確保電力電纜在鋪設后具有良好的性能和較高的可維護性。