王年孝

摘 要：高壓電纜金屬護(hù)套環(huán)流超標(biāo)會嚴(yán)重影響運(yùn)行電纜的載流量，加速電纜絕緣老化，環(huán)流過大時若某處接觸電阻過大，將引起電纜附件燒損。通過金屬護(hù)套環(huán)流矩陣計算模型，定性分析出影響環(huán)流大小的因素主要有電纜負(fù)荷電流、電纜分段長度、電纜排列形式、電纜兩端接地電阻及大地電阻。文章針對中山兩回110 kV電纜環(huán)流超標(biāo)問題，指出了處理環(huán)流超標(biāo)常規(guī)方法的弊端，結(jié)合預(yù)防性試驗(yàn)，得出負(fù)荷電流對環(huán)流超標(biāo)無影響，同時利用matlab進(jìn)行數(shù)值模擬分析，在不改變金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接線方式情況下，得出適當(dāng)提高電纜兩端接地網(wǎng)電阻，可以有效減小護(hù)套環(huán)流，并給出了具體的處理對策和現(xiàn)場實(shí)施方案，成功處理了環(huán)超標(biāo)問題，為解決電纜線路環(huán)流超標(biāo)提供了一種新思路、新方法。

關(guān)鍵詞：高壓電纜；護(hù)套環(huán)流；定性分析；數(shù)值模擬；超標(biāo)處理；現(xiàn)場實(shí)施

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）11-0082-03

110 kV及以上單芯高壓電纜金屬護(hù)套一般通過兩端直接接地、交叉互聯(lián)接地、或回流線與大地形成通路，電纜運(yùn)行時其工作電流將在護(hù)套上產(chǎn)生環(huán)流損耗，我局在環(huán)流檢測中發(fā)現(xiàn)110 kV小北甲線兩相環(huán)流超標(biāo)，小北乙線三相環(huán)流超標(biāo)，最大相約占負(fù)荷電流20%（達(dá)到64 A）。環(huán)流超標(biāo)會對電纜運(yùn)行產(chǎn)生較大危害：

①電纜載流量減少，加速絕緣的老化。

②環(huán)流過大時若某處（接地箱或接頭）接觸電阻過大，將引起接頭故障或接地箱（線）燒損。

本文通過金屬護(hù)套環(huán)流矩陣計算模型，結(jié)合matlab分析了小北甲乙線環(huán)流超標(biāo)原因，并利用適當(dāng)提高電纜兩端接地網(wǎng)電阻的方法，成功處理環(huán)流超標(biāo)問題。

1 金屬護(hù)套環(huán)流計算模型

電纜金屬護(hù)套兩端接地一般有兩端直接接地和相叉互聯(lián)接地兩種形式，其等值電路可用如圖1所示。

圖中，

R為電纜金屬護(hù)套的電阻；

X為電纜金屬護(hù)套的自感抗；

R1和R2為電纜兩端接地電阻；

Ea、Eb、Ec為大地的漏電阻。

Re為三相線芯電流分別在三相電纜金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓；

Ea'、Eb'、Ec'為三相護(hù)套環(huán)流Isa、Isb、Isc在三相金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。

由于三相電纜結(jié)構(gòu)相同，三相護(hù)套的自阻抗相同，根據(jù)圖1等值電路有：

公式（1）中：

Isar、Isbr、Iscr表示環(huán)流的實(shí)部，

Isaf、Isbf、Iscf表示環(huán)流的虛部；

Ear、Ebr、Ecr表示感應(yīng)電壓的實(shí)部；

Eaf、Ebf、Ecf表示感應(yīng)電壓的虛部；

S為電纜相間間距。

通過方程兩端實(shí)部和虛部分別相等，可以得到計算電纜水平排列時金屬護(hù)套環(huán)流的矩陣方程：

公式（2）中：

RA=R+R1+R2+Re；

RB=R+R1+R2+Re；

XA=X1L1+X1L2+X2L3；

XB=X2L1+X1L2+X1L3；

XC=X1L1+X2L2+X1L3；

X1=2 wIn（De/S）×10-7；

（Ω/m）為單位長度中相和邊相護(hù)套的互感抗；

X2=2 wIn（De/2 S）×10-7；

（Ω/m）為單位長度邊相和邊相護(hù)套的互感抗；

Esa、Esb、Esc根據(jù)實(shí)際電纜排列方式計算，根據(jù)參考文獻(xiàn)，對于兩端直接接地情況，將式中的參數(shù)改為：L1=L，L2=0，L3=0，即可應(yīng)用。

2 金屬護(hù)套環(huán)超標(biāo)分析

從電纜環(huán)流矩陣計算模型式可以看出，影響環(huán)流大小因素有電纜負(fù)荷電流、電纜分段長度、電纜排列形式、電纜兩端接地電阻及大地電阻，另外如果電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)被破壞或者出現(xiàn)多點(diǎn)接地情況（相當(dāng)于每兩個接地點(diǎn)構(gòu)成兩端直接接地方式），環(huán)流也將發(fā)生異?；虺瑯?biāo)。

110 kV小北甲、乙線于2009年1月投運(yùn)，電纜型號：FY-YJL

W03-Z-1×800 mm2，電纜回長1 720 m，電纜分三小段（小北甲線長度分別為598 m、586 m、536 m，小北乙線三小長度為603 m、586 m、531 m），三相電纜并列敷設(shè)，中間交叉互聯(lián)，兩端直接接地（在N1塔端小北甲、乙線金屬護(hù)套接地線直接接在鐵塔上，在小欖站端小北甲、乙線金屬護(hù)套接地線直接接在變電站地網(wǎng)上），其護(hù)套接地方式如圖2所示。

正常情況下，環(huán)流與負(fù)荷電流比值保持不變，小北甲乙線測試的環(huán)流數(shù)據(jù)與負(fù)荷電流比值也基本不變，說明負(fù)荷電流對環(huán)流超標(biāo)無影響，停電對小北甲乙線做電纜預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，說明交叉互聯(lián)結(jié)構(gòu)未被破壞，也不存在電纜多點(diǎn)接地情況。

同時在電纜分段長度、電纜排列形式敷設(shè)運(yùn)行后不可變化的情況下，電纜環(huán)流超標(biāo)處理常用的方法是將金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接線方式改為單端接地方式，此種方式對降低護(hù)套環(huán)流很有效，但存在著一些隱患，如電纜流過較大的短路電流時，易造成護(hù)層保護(hù)器燒毀，且如果中間接頭接地箱被盜，會造成部分電纜金屬護(hù)套與地斷開，產(chǎn)生很高的懸浮電位，輕則燒毀外護(hù)套，重則損壞主絕緣引起電纜擊穿故障。

基于上述分析，為了降低小北甲乙線電纜環(huán)流，只能從電纜兩端接地電阻入手。

小北甲線負(fù)荷電流為350 A時，利用matlab進(jìn)行數(shù)值模擬計算出的電纜兩端接地電阻與環(huán)流關(guān)系圖如圖3（a）、（b）所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接地電阻R1<1 Ω時，環(huán)流數(shù)值變化很大，特別在 R1<0.5 Ω時，環(huán)流曲線斜率突變明顯，說明此時接地電阻對環(huán)流影響非常大，觀察式1和式2，可知右邊感應(yīng)電壓矩陣，左邊系數(shù)矩陣中感抗不變情況下，影響環(huán)流大小主要原因是電阻，當(dāng)電阻較小時影響尤為明顯，當(dāng)電阻增大到一定程度后，影響變?。划?dāng)R1>2 Ω時，環(huán)流曲線斜率變化很小，說明此時接地電阻對環(huán)流影響有限，因而為了減小環(huán)流，可以適當(dāng)提高兩端接地網(wǎng)電阻，但接地電阻增大后不利于系統(tǒng)發(fā)生單相短路故障時金屬護(hù)套泄流，建議接地電阻增大后不超過2 Ω。

3 處理對策及現(xiàn)場實(shí)施

為增加小北甲、乙線電纜兩端接地電阻，須在N1塔做兩個獨(dú)立地網(wǎng)（不與鐵塔連接）。

在N1塔內(nèi)沿基礎(chǔ)橫梁挖1 m×1 m溝（深度×寬度）。

在開挖好的溝內(nèi)每隔1 m打1根（∠50×5，長3 m）垂直接地極，用φ12 mm圓鋼水平連接（焊接）每個接地極，引出地面的用φ16 mm圓鋼，配合降阻劑，每個地網(wǎng)接地電阻控制1～5 Ω左右。

按上述方案，在完成新地網(wǎng)施工后，對110 kV小北甲、乙線環(huán)流進(jìn)行復(fù)測，電流環(huán)流已全部合格。

110 kV小北甲、乙線增大接地電阻（電纜終端塔側(cè)改造地網(wǎng)，增大接地電阻）前后環(huán)流測量結(jié)果對比見表1。

4 結(jié) 語

影響金屬護(hù)套環(huán)流大小因素有電纜負(fù)荷電流、電纜分段長度、電纜排列形式、電纜兩端接地電阻及大地電阻， 負(fù)荷電流對環(huán)流是否超標(biāo)無影響。

經(jīng)計算分析，當(dāng)電纜兩端接地電阻R1<1 Ω，尤其在R1<0.5 Ω時，接地電阻對環(huán)流影響非常大；

當(dāng)R1>2 Ω時，接地電阻對環(huán)流影響有限，為有效降低電纜環(huán)流，在不改變金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接線方式情況下，可以適當(dāng)增加電纜兩端接地電阻，但接地電阻增大后盡量不超過2 Ω，并由此成功將110 kV小北甲、乙線過大的金屬護(hù)套環(huán)流降低到允許范圍內(nèi)，為解決電纜線路環(huán)流超標(biāo)處理問題提供了一種新思路、新方法。

此外，我們應(yīng)從設(shè)計、施工、監(jiān)理、運(yùn)行等多個部門、各個環(huán)節(jié)共同努力，建議電纜分段應(yīng)盡可能均勻，如果受地形限制，電纜分段不夠均勻，應(yīng)核對電纜環(huán)流是否超標(biāo)，并采取相應(yīng)補(bǔ)償措施，確保環(huán)流合格。

參考文獻(xiàn)：

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