陳朝暉
摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,科技改變了人們生活的方方面面,也為整個電力系統(tǒng)帶來了翻天覆地的變化,尤其是在高壓電纜的應(yīng)用中取得了飛速的發(fā)展。高壓電纜(110kV-220kV)金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)有很好的供電可靠性,對環(huán)境的適應(yīng)力較好,以及擁有較好的美觀性,在供電系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。為了保護(hù)高壓電纜(110kV-220kV)金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的絕緣安全,通常將金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)。所以,護(hù)套換相的成功進(jìn)行,意義十分重大,有助于幫助整個系統(tǒng)能夠安全的運行。
關(guān)鍵詞:接地電流;高壓電纜;交叉互聯(lián)
中圖分類號:TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
在電纜交叉互聯(lián)箱內(nèi)將高壓電纜金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián),是降低高壓電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的常用手段。但是因為在實際情況中,因為電纜鋪設(shè)的環(huán)境較為復(fù)雜,交叉互聯(lián)箱會受到外界因素的影響發(fā)生受潮、進(jìn)水和外力破壞等多種情況,都會對高壓電纜的金屬護(hù)套造成破壞,出現(xiàn)交叉互聯(lián)故障,從而給系統(tǒng)運行埋下安全隱患。本文主要對110kV及以上 XLPE高壓電纜的交叉互聯(lián)故障進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析,利用ATP-EMTP電磁暫態(tài)軟件,來進(jìn)行建模操作和仿真操作,并且對在不同故障下接地電流的變化特點進(jìn)行了詳細(xì)的分析,為之后的高壓電纜進(jìn)行故障檢測工作提供一定的依據(jù)。
一、單芯電纜的特點
電纜線芯與金屬護(hù)套兩者的關(guān)系就猶如是一個空心變壓器。這其中,電纜線芯所代表的角色就是變壓器的一次側(cè)繞組,那么二次側(cè)繞組就是金屬護(hù)套。當(dāng)我們在線芯中通入交變電流的時候,線芯的周圍就會相應(yīng)的產(chǎn)生一個交變磁場,如果此時金屬護(hù)套正好處在磁場當(dāng)中,那么就肯定會產(chǎn)生感應(yīng)電壓,產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在形成回路的時候就會產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流,并且感應(yīng)電流會流過金屬護(hù)套。
在高壓輸電電纜中,一般情況下,110kV及以上電壓等級采用的基本都是單芯結(jié)構(gòu)。在低壓電纜中,對于35kV及以下的電壓等級,一般來說線纜都是采用三芯結(jié)構(gòu),并且這三根線芯還呈現(xiàn)出對稱排列的結(jié)構(gòu)。在低壓電纜中,如果線芯中流過三相交流電時,并且是平衡的,那么在線芯周圍所產(chǎn)生的交變磁場基本上是沒有的,并且此時,護(hù)套上也不會產(chǎn)生三相感應(yīng)電壓,而且護(hù)套上的感應(yīng)電流非常的微弱。
在XLPE高壓電纜中,一般采用的都是單芯結(jié)構(gòu),它的線芯只有在流過單相交流電流,并且電流較大時,才會在線芯的周圍產(chǎn)生交變磁場。一般感應(yīng)電壓的大少受到電纜的長度的影響,兩者是成正比關(guān)系的,電纜越長,電壓越大,反之,電纜越短,電壓越小。但是感應(yīng)電壓太大的話就會擊穿高壓電纜的外絕緣。所以在輸電線路過長的時候,就要采取相應(yīng)的保護(hù)措施保護(hù)線纜的外絕緣層。
二、產(chǎn)生接地電流的原理
根據(jù)以上所提到的,如果選用的高壓線路比較長,那么就可以采用金屬護(hù)套來進(jìn)行交叉互聯(lián),這樣就可以把整個的電纜線路通過人為的方法分成許多個大段,每一個大段又被分為3個平等的小段,在每個小段的連接處裝設(shè)接地保護(hù)器,再將每一個大段進(jìn)行并聯(lián),然后再接地。這樣就會使三相電纜對稱排列。理想狀態(tài)下,每個小段的金屬護(hù)套所產(chǎn)生的感應(yīng)電流是相同的,這樣一來,大大降低了在大段金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電流。在一些需要轉(zhuǎn)彎的特殊地段,因為三相電纜無法呈三角形排列,及時對護(hù)套進(jìn)行交叉換位。因為在此過程中產(chǎn)生接地電流比較小,可以忽略不計,并不會對護(hù)套造成危害,所以也不會影響到整個高壓電纜的運行。
三、故障分析
1.兩交叉互聯(lián)箱接線方式不同
在每個大段電纜中都會有3個小電纜,在這3小段之間,當(dāng)金屬護(hù)交叉換位的時候,因為不同的交叉互聯(lián)箱的換位方式是不一樣的,這就使得,在被換位的3個小段的金屬護(hù)套中,至少有兩端會產(chǎn)生的感應(yīng)電流是一樣的方向,甚至還有可能出現(xiàn)三段感應(yīng)電流的方向都是一樣的,這時,每一個小段的電流無法相互中和,就會導(dǎo)致?lián)Q位失敗,從而產(chǎn)生較大的接地電流,在電纜金屬護(hù)套中將產(chǎn)生電能損耗,從而影響電纜線路輸送容量。
2.電纜接頭的絕緣隔板被擊穿
因為內(nèi)外界因素的影響,電纜接頭的絕緣隔板會被擊穿,從而使得護(hù)套兩端的一小斷直接連接在一起,導(dǎo)致本來應(yīng)該是三段進(jìn)行交叉互聯(lián),變成了兩端的交叉互聯(lián),使的無法進(jìn)行換位作用,所以產(chǎn)生了較多的接地電流。
3.護(hù)層保護(hù)被擊穿
單芯電纜護(hù)層電壓限制器是一種金屬氧化物避雷器,它可以防止電芯電纜的外部護(hù)層在沖擊時被電壓損壞。保護(hù)器通常情況下是絕緣的,但是如果電纜遭到強(qiáng)雷擊時,保護(hù)套就有可能被擊穿,一旦保護(hù)套損壞,交叉互聯(lián)的三段就會失去一段感應(yīng)電流,導(dǎo)致交互聯(lián)失敗。
4.交叉互聯(lián)箱進(jìn)水
交叉互聯(lián)想通常是暴露在外的,受到外界因素的影響可能性很大,如果在下雨天,導(dǎo)致交叉互聯(lián)箱被水淹或者進(jìn)水的情況,那么電纜的金屬護(hù)套會通過水流,使的兩端完全接地,此時產(chǎn)生的接地電流非常大。
5.外界破壞因素
暴露在外的交叉互聯(lián)箱,不僅會受到自然因素的影響,也會受到一些外界未知力量的破壞,一旦破壞了交叉互聯(lián)后,就會影響整個系統(tǒng),造成極大的安全隱患。
四、建立模型并進(jìn)行仿真分析
本次試驗?zāi)P瓦x擇的是應(yīng)用比較廣泛的單芯電纜,本次試驗電纜長度為1200m,將其平均分成3個400m的小段,并且使用Bergeron模型來建立。它在建模時使用的是分布參數(shù)方法,并且利用了特征線的方法來計算波在線路的過程;再利用梯形積分,來計算線路中的暫態(tài)過程。
實驗開始后,分別模擬了在兩個交叉互聯(lián)箱內(nèi)所有可能發(fā)生的故障情況,并且對電流的變化進(jìn)行觀察,搭建了一個交叉互聯(lián)模型,來模擬電纜正常運行,如圖1所示。
對已經(jīng)建立的模型進(jìn)行仿真,運行仿真軟件,得到以下所示的護(hù)套接地電流仿真圖,如圖2所示。
從系統(tǒng)正常運行時的仿真圖可以看出,當(dāng)系統(tǒng)的交叉互聯(lián)穩(wěn)定運行時,感應(yīng)電流相互中和,沒有影響。
當(dāng)一號交叉互聯(lián)箱發(fā)生單接地時,護(hù)套的接地電流在相位上變化不大,只是增大了某些幅值。但是接地箱護(hù)套的接地電流變化較大,在幅值和相位上都有很大變化。如圖3和圖4所示。
由仿真圖可以看到,發(fā)生故障時,兩相護(hù)套的接地電流變化十分明顯,相位和正常運行時候的相位相比也有明顯的不同。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)交叉互聯(lián)錯誤時,和護(hù)套出現(xiàn)接地故障是不一樣的。但是護(hù)套交叉互聯(lián)發(fā)生連線錯誤時,不能中和每個小段上產(chǎn)生的感應(yīng)電流,就會被疊加到最終被檢測的接地電流上,所以導(dǎo)致護(hù)套的電流幅度增高。
同理,對2號交叉互聯(lián)箱進(jìn)行各種故障的仿真。2號箱在發(fā)生交叉互聯(lián)箱故障時,和一號箱一樣,電流變化發(fā)生了一樣的趨勢,并且也發(fā)生了相同的接地電流變化,只是兩者在具體的數(shù)值上有些許的不同,如圖5所示。
從上述仿真實驗得出的結(jié)果來看,接地電流的實際變化和我們進(jìn)行的理論分析的結(jié)果是相同的,通過分析不同的故障發(fā)生時接地電流的特點,發(fā)現(xiàn)在發(fā)生不同故障時,接地電流也表現(xiàn)出不同的明顯特征,見表1。
結(jié)語
隨著中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的浪潮,高壓電纜在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛,為保護(hù)XLPE高壓電纜絕緣安全,通常采用將金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián),因此,護(hù)套換相成功對系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行有積極意義。本文提出了基于高壓電纜(110kV-220kV)金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)交叉互聯(lián)故障分析,設(shè)計了一套故障分析仿真模型,它不需要改動原有的電纜,只要利用高壓電流傳感器就可以,并且還能使系統(tǒng)正常的運行。通過建立一套仿真模型,不斷的進(jìn)行仿真模擬,觀察在發(fā)生不同的故障時,接地電流有什么不一樣的變化,根據(jù)不同的變化來分析故障所屬的類型。希望可以為以后的高雅電纜的故障檢測提供一種新的方法和依據(jù),也希望可以幫助我國電網(wǎng)更好地建設(shè),促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)更好更快的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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