ＬｏＷ　ｃＡＲＢｏＮ　Ｗ０ＲＬＤ　２ｏｌ３，９　能源・电力　高压单芯＿电力电缆金属护套环流分析及限制　吴昊，何园丁，游世良（ＩＮ）ｉｌ电力设计咨询有限责任公司，四川成都６１００１６）　【摘　要】高压单芯电力电缆金属护套环流会影响电缆线路的输送能力和运行寿命。本文根据单芯电力电缆环流计算模型，对金属护套环流进　行计算，分析论证了电缆金属护套产生环流的原因。通过某局一条刚投运的２２０ｋＶ电缆线路金属环流过大而进行的治理的案例，提出在工程　中限制金属护套环流的措施。　【关键词】电力电缆；金属护套；环流；交叉互联　【中图分类号】ＴＭ２４７　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】２０９５—２０６６（２０１３）１８—００３３—０３　刖舌　随着负荷的快速增长。要求输电线路输送容量越来越大．　输电回路数也越来越多，城网输电选用大截面电缆趋向势在　必然。高压和超高压单芯电缆需要使ｘＬＰＥ型电缆能预防外　部水分侵入，它一般具有径向金属层构造．而维持电缆安全运　行，需要使电缆金属层至少有一处接地。这样．三相交流系统　中由单芯电缆组成的线路．为使正常运行中电缆金属护套对　接地点的感应电势不超过安全容许限值．就需要采取恰当的　金属护套接地方式ｌｌｌ。在电缆线路较长的情况下，往往不得不　采取金属护套交叉互联接地。线路很长还会含多个交叉互联　单元，而每一交叉互联单元内的三个区段，若长度相同且单位　长度阻抗一样时。理论上金属层不致产生环流　由于设计施工等原因．高压单芯电缆金属环流过大的情　况时有发生。较大的环流不仅造成巨大的损耗。还将影响电缆　线路的输送能力和运行寿命目。本文对产生金属护套环流的原　因进行了深入剖析和计算，结合实际工程中发生的一起电缆　金属护套环流过大的情况，提出了减小电缆金属护套环流的　方法，为今后的工程设计提供参考和借鉴。　１环流计算分析　通常情况下．长距离高压单芯电力电缆的接地方式为交　叉互联接地。当三相电流平衡、段长相等、电缆对称布置时，三　段电缆感应电压幅值相等，相角差１２０。，见图１（ａ）。图１中　Ａ１Ｂ２Ｃ３、Ｂ１Ｃ２Ａ３和Ｃ　Ａ２Ｂ３三段电缆金属护套两端电压为零，回　路中感应电流为零。　（Ｑ）感直电压平衡（Ｉｏ）幅值　化　（ｃ）相角变化　图１交叉互联感应电压向量图　当电缆段长、三相电流、布置方式发生改变时．将导致三　段电缆金属护套上感应电压幅值或相角变化．合成感应电压　不再为零，见图１（ｂ、ｃ），在金属护套中产生感应电流咧。　为直观了解电缆布置方式、三相电流不平衡及电缆段长　不一致对护套环流的影响．下面以ＹＪＬＷ０２１２７／２２０２０００型电　缆为例，计算金属护套环流，计算暂不考虑回路接地电阻及双　回路的相互影响　１．１三相电缆布置方式对环流的影响　若交叉互联单元三段电缆等长，且３根单芯电缆配置呈　正三角形，或水平排列但全长电缆按相序有效换位。由于其各　相金属层阻抗均等，可实现环流为零。然而．高压大截面电缆　需要考虑热伸缩效应，以蛇形方式敷设．若三根电缆配置成紧　靠品字形，施工敷设则较为困难，且品字形排列的电缆层间距　离较大，则会限值隧道中敷设电缆的回路数。所以，在许多情　况下，电缆在隧道中的排列方式采用水平排列。而水平排列的　电缆由于单位长度的阻抗不相等．在金属护套上必然会产生　环流。设电缆段长Ｌｌ＝Ｌ２＝ｋ＝５００ｍ，相间距离Ｓ＝２５０ｍｍ，在不　同负荷电流下，金属护套环流计算值见表１。　表１水平布置方式下的环流计算值　Ｉ（Ａ）　Ｉｓ（Ａ）　３００　４２．３　３５０　４９．３　４ｏｏ　５６．４　４５０　６３．４　由表１可知，不同负荷电流的情况下，金属护套环流最大　值超过了线芯电流的１０％．水平排列布置方式对金属环流有　明显的影响　上述计算结果还表明．除电缆排列方式对电缆环流有明　显影响外，金属护套环流还与线芯电流成正比。为此，随着输　电容量和电压等级的提高．为减小护套环流，对三段电缆布置　方式的提出了更高的要求。　１．２段长不一致对环流的影响　在实际工程中，可能由于电缆路径中的障碍物、电缆接头　井的位置变化或是土建通道施工中某段电缆路径发生变化等　原因．造成交叉互联单元内三段电缆段长出现较大差异。为了　便于对比，笔者在首先假设其中两段电缆长度相等Ｌ１＝Ｌ２：　５００ｍ．另一段电缆　长度变化时，对电缆金属护套环流进行　了计算，电缆线芯电流取４００Ａ，计算值见表２～３。　表２正三角形布置方式下的环流计算值　Ｌｏ（ｍ）　Ｉ曼＾（Ａ）　Ｉ蛆（Ａ）　Ｉｓｃ（Ａ）　４０ｏ　２８．５　２８．５　２８．５　４５０　ｌ３．８　ｌ３．８　１３　８　４９０　２．７　２．７　２．７　５５０　１２．９　１２　９　１２．９　表３水平布置方式下的环流计算值　Ｌｏ（ｍ）　Ｉ蚰（Ａ）　ＩｓＢ（Ａ）　Ｉｓｃ（Ａ）　４００　７２．８　７３．８　３６．５　４５０　６２ｌ８　６３　２　４６．７　４９０　５７－３　５７．４　５４．５　５５０　５３．８　５３．５　６５．５　由表２、３可知，段长对金属护套环流有明显的影响，

段长　能源・电力　ＬｏＷ　ＣＡＲＢｏＮ　ＷＯＲＬＤ　２０１３，９　差异越大，金属环流值越大，在工程设计时应严格控制交叉五　联单元内三段电缆长度的差值；同时从计算结果看，水平布置　的电缆段长差异对环流的影响程度更大　１－３三相电流不平衡对环流的影响　在输电线路工程中，由于每相线路阻抗的不同，相导线不　对称排列或者三相负荷的不均匀分布．就会造成三相电流不　平衡。对于高压单芯电缆线路。由于电缆金属外护套的屏蔽作　用．三相电缆的不对称排列方式对三相负荷电流的不平衡影　响较小．三相不平衡主要由不对称负荷引起　为研究三相不平　衡负荷电流对电缆金属护套环流的影响．下面设交叉互联单　元电缆段长Ｌｌ＝ｋ：Ｌ３，相间距离Ｓ＝２５０ｍｍ，三相电缆品字形排　列，在不平衡电流下，金属护套环流计算值见表４。　表４兰相负荷电流不平衡下的环流计算值　ＩＡ＝３５０（Ａ）　ＩＡ＝３５０（Ａ）　ＩＡ＝３５０（Ａ）　荷电流　ＩＢ＝３６０（Ａ）　Ｉ￣＝３８０（Ａ）　ＩＢ－４００（Ａ）　Ｉｃ＝３７０（Ａ）　Ｉｃ＝４００（Ａ）　Ｉｃ－４５０（Ａ）　环流Ｉｓ（Ａ）　５．７７　１４．５　２８．９　由表４的计算结果可知。三相负荷电流不平衡会使电缆金　属护套出现环流，负荷电流不平衡度越大，金属环流值越大。　２　２２０ｋＶ电缆线路金属护套环流测试　某局新建成投运一条２２０ｋＶ双回电缆线路路径长约　３．５ｋｉｎ，每相电缆总共分为６段，形成两个交叉互联单元。电缆　型号为ＹＪＬＷ０２—１２７／２２０—２０００　该线路投运时安装了金属护　套接地环流监测装置，某局运行人员在２０１２年３月２日和４　日对投入运行的一条２２０ｋＶ双回电缆线路的金属护套环流进　行了测试，发现金属护套环流较大，如袁５～７为实测数据。　表５线金属护套环流实测值　测试时间：２Ｏ１２．３．２　１１：Ｏ０～１２：０５　负荷电流：Ａ相：３８５　５Ａ　Ｂ相：４３５．４Ａ　Ｃ相：３８４Ａ　同轴电缆　连片　接头序号　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ａ—Ｃ　Ｂ—Ａ　Ｃ—Ｂ　ＧＩＳ终端－ｆｉ－￣　１８．１　１９－３　２２．４　，　，　，　１＃　２７．５　１８．９　１３．６　，　／　｜　２＃　ｌ３．５　２５．７　１７．８　／　｜　／　３＃　２８．５　５５　１３　，　，　／　４＃　６６．】　９５　３　５６．９　２２．８　５３．６　５６．７　５　４８．７　４９．４　８８．６　５２　８　１７．６　４９．８　ＧＩＳ终端接地　５１　１６．５　４６．１　，　／　，　表６金属护套环流实测值　测试时问：２０１２．３．２　１７：０（６－１８：Ｏ０　荷电流：Ａ相：３５０．３Ａ　Ｂ相：３８５．５Ａ　Ｃ相：３５９．１Ａ　同轴电缆　连片　接头芽专　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ａ—Ｃ　Ｂ—Ａ　Ｃ—Ｂ　ＧＩＳ终端接地　６．２　１３．７　１３　／　／　，　ｌ＃　１３　１１　８．５　，　，　／　２＃　１８　２３　１９　／　／　／　３＃　３０　５０．６　１２．２　，　／　，　４群　５８．８　８７．７　５１．Ｉ　２ｌ　４７．２　４９．２　５＃　４１．５　４２　７７Ｉ８　４３．２　１６４　４２．５　ＧＩＳ终端接地　４３．５　１８．５　４３．９　，　／　，　现场测试表明，各段电缆外护套绝缘良好．各个交叉互联　箱内的交叉互联换位接线正确，因此可以排除外护套破损、换　位接线错误等原因造成环流较大的可能性。　核对电缆设计资料及施工敷设记录发现．在４～６段电缆　形成的交叉互联单元路径上，其中一段电缆与另外两端电缆　表７金属护套环流实测值　测试时间：２０１２．３．４　１ｌ：Ｏ０～１２：Ｏ０　负荷电流：Ａ相：３１３Ａ　Ｂ相：３４５Ａ　Ｃ相：３０９Ａ　同轴电缆　连片　接头序号　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ａ—Ｃ　Ｂ—Ａ　Ｃ—Ｂ　ＧＩＳ终端接地　５盘　ｌ２．７　９　，　／　／　１＃　９　１０　８　／　／　／　２＃　２１　１９　２０　，　，　／　３＃　３ｌ　４０　１４　，　，　，　４＃　５７　８３　４９　２２０　４５．０　４５．０　５＃　３７　６　３８．８　７０　１　３３．８　１５．８　３７．８　ＧＩＳ终端接地　３６．７　１６．８　３７．１　／　，　，　长度差别较大，达ｌＯＯｍ左右；三相电缆采用水平排列方式，未　对三相电缆进行全线换位；同时负荷电流三相不平衡度较大。　通过上节的金属护套环流计算分析可以看出．在同一交叉互　联单元里的电缆的段长差异、电缆每相的排列方式以及负荷　电流的不平衡都是使电缆金属层环流较大的主要原因。在实　际电缆线路工程上的测量结果与计算分析非常一致。　表８金属护套环流计算值　ＩＡ＝３８５．５（Ａ）　ＩＡ＝３５０．３（Ａ）　Ｉ　＝３１３（Ａ）　荷电流　ＩＢ＝４３５．４（Ａ）　ＩＢ＝３８５．５（Ａ）　ＩＢ＝３４５（Ａ）　Ｉｃ＝３８４（Ａ）　Ｉ￣３５９．１（Ａ）　Ｉｃ＝３０９（Ａ）　Ｉｓ＾（Ａ）　３０　２５．６　２３　７　Ｉｌ娟（Ａ）　３０　２６．４　２３　４　Ｉｓｃ（Ａ）　１８　ｌ５．５　１４　从表８的实际计算结果可以看出．计算结果与实测结果　存在一定差异，这是因为影响感应电流的因素较多．金属回路　电阻因素对计算结果的影响很大．如果能采用有效的方法准　确测量电缆接地电阻、交叉互联处的电阻．计算结果将会更接　近准确值。此外，不同回路电缆间的相互影响，以及对地电容　电流．也会增大金属护套环流。　为减小金属护套环流．可采用金属护套接地前串入适当　阻值的电阻或在交叉互联连接线填设电抗线圈的方法．但电　抗线圈的基本参数不易确定，引入电阻或电抗后导致单相短　路时金属护套分流系数的降低，对通信干扰等其它计算有一　定影响。实际工程中，为减小曹家寺一梓潼２２０ｋＶ　７，Ｌ回电缆线　路的４～６段电缆的护套环流，采取了改变接地方式的办法．即　将原来的交叉互联接地全部改为单端直接接地．在这样的接　地方式下，金属护套环流只包含了电容电流分量．其值较小．　满足运行要求。　３结论　（１）一个交叉互联单元三段电缆段长不一致、电缆采用非　对称的排列方式以及负荷电流的三相不平衡均会导致金属护　套环流的明显增加。对于输送容量较大的２２０ｋＶ电缆线路．为　减小交叉互联单元内金属护套环流，对三段电缆段长、布置方　式的一致程度提出了更高的要求　为此建议２２０ｋＶ电缆使用　敷设时尽量使用正三角形布置方式、并保证三段电缆布置方　式一致，同时严格控制三段电缆长度的差值，尽量不超过５％。　在无法满足上述条件的情况下，建议将金属护套交叉互联接　地方式改为单端接地方式　（２）金属护套交叉互联接地时，电缆金属护套的环流等于　电容电流与感应电流的矢量和，计算模型较为复杂．影响因素　较多，如电缆敷设方式、电缆结构、负荷电流大小、接地电阻、　

交叉互联处的连接电阻等，各项参数取值的偏差会导致计算