排列方式對降低電纜金屬護(hù)層感應(yīng)電壓的影響分析

叢秋爽

（國網(wǎng)山東濰坊市寒亭區(qū)供電公司，山東 濰坊 261100）

0 引言

隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，電纜線路的應(yīng)用越來越廣泛。在雷電沖擊電壓或系統(tǒng)發(fā)生工頻短路故障時(shí)，電纜金屬護(hù)層上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓［1］，有可能導(dǎo)致護(hù)層絕緣擊穿，形成電纜金屬護(hù)套多點(diǎn)接地，在各接地點(diǎn)間會(huì)因電位差而出現(xiàn)接地環(huán)流，環(huán)流可能達(dá)到導(dǎo)體輸送電流的1／3，造成護(hù)層發(fā)熱，不僅增加電能損耗，還會(huì)使電纜主絕緣加速老化，降低使用壽命［2-6］。

某公司所轄的110 kV、35 kV 輸電線路在進(jìn)出變電站段普遍存在兩回電纜同溝敷設(shè)的情況。為了降低單芯電纜金屬護(hù)層上的感應(yīng)電壓，在對比“品”字形敷設(shè)和分開平行敷設(shè)兩種傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算，設(shè)計(jì)一種新的集中平衡敷設(shè)方法，在降低單芯電纜金屬護(hù)層上感應(yīng)電壓方面可以達(dá)到更好的效果。

1 三種敷設(shè)方法介紹

1.1 分開平行敷設(shè)

分開平行敷設(shè)指兩回電纜線路按照水平或垂直方式各相分開平行敷設(shè)，如圖1 所示［2］。圖中，A1、B1、C1 表示一回電纜的三相導(dǎo)線，A2、B2、C2 表示另一回電纜的三相導(dǎo)線。為方便運(yùn)行維護(hù)，通常每一回路的三相或縱或橫排在一條直線上。當(dāng)各相間的相對位置和距離發(fā)生改變時(shí)，其感應(yīng)電壓值也相應(yīng)發(fā)生改變。該排列方式主要在2008 年以前應(yīng)用，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種敷設(shè)方式下環(huán)流事故發(fā)生率很高。

圖1 分開平行敷設(shè)

1.2 “品”字形分別敷設(shè)

“品”字形分別敷設(shè)是等邊三角形敷設(shè)的一種特例，指兩回路電纜的三相導(dǎo)線分別以等邊三角形的方式進(jìn)行敷設(shè)，且各回路的三相導(dǎo)線是緊靠在一起的，兩回路間隔一定距離，如圖2 所示［2］。相對于分開平行敷設(shè)方式，“品”字形敷設(shè)每回路電流的相量和大幅度降低（如果不考慮另一回路的影響，每一回路三相線芯電流的相量和接近零），使得金屬護(hù)層上的感應(yīng)電壓大大降低。此種方式在2008 年以后廣泛應(yīng)用，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種方式下環(huán)流事故發(fā)生率大大降低，且施工、運(yùn)行維護(hù)方便。

圖2 “品”字形分別敷設(shè)

1.3 集中平衡敷設(shè)

集中平衡法指兩回路導(dǎo)線在敷設(shè)方式上集中，兩回路均采用三角形敷設(shè)方式，其中一回路在內(nèi)層“品”字形緊靠敷設(shè)，另一回路在外層緊靠內(nèi)層回路等邊三角形敷設(shè)，如圖3 所示。相對于以上“品”字形分別敷設(shè)，此種方法不但每回路三相電流的相量和降低，而且由于兩回路集中緊靠，每相導(dǎo)線的互感電壓相量和進(jìn)一步減小，使得導(dǎo)線金屬護(hù)層上的感應(yīng)電壓降至最低，達(dá)到一種穩(wěn)定平衡的效果。

圖3 集中平衡敷設(shè)

2 金屬護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算

以在正常工作情況下的兩條35 kV 同溝敷設(shè)的電纜線路為例進(jìn)行計(jì)算比較。兩條電纜段為從變電站引出至出線桿塔，型號為YJLV32-26／35，單芯，橫截面積為240 mm2，電纜直徑為60 mm，護(hù)層直徑為56 mm，段長380 m，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)取某日導(dǎo)線電流最大值275 A。

電纜金屬護(hù)層感應(yīng)電壓的計(jì)算公式為［3］：

2.1 平行排列方式

如圖1 所示，導(dǎo)線長度l 為380 m；A1A2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1A2為527 mm，A1B1 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1B1為220 mm，A1B2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1B2為290 mm，A1C1 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1C1為440 mm，A1C2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1C2為364 mm；各相導(dǎo)線電流IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2均為275 A，每根導(dǎo)線金屬護(hù)層的等值半徑r 為28 mm。

則導(dǎo)線A1 相金屬護(hù)層由于導(dǎo)線A2 相電流所形成的磁通為

2.2 “品”字形分別排列方式

如圖2 所示，導(dǎo)線長度l 為380 m；A1A2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1A2為502.86 mm，A1B1 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1B1為60 mm，A1B2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1B2為502.86 mm，A1C1 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1C1為60 mm，A1C2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1C2為450 mm；各相導(dǎo)線電流IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2均為275 A；每根導(dǎo)線金屬護(hù)層的等值半徑r 為28 mm；兩回電纜導(dǎo)線垂直距離450 mm。

2.3 集中平衡排列方式

如圖3 所示，導(dǎo)線長度l 為380 m；A1A2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1A2為134.16 mm，A1B1 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1B1為120 mm，A1B2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1B2為60 mm，A1C1 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1C1為120 mm，A1C2 兩條導(dǎo)線間平行中心距SA1C2為60 mm；各相導(dǎo)線電流IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2均為275 A，每根導(dǎo)線金屬護(hù)層的等值半徑r 為28 mm。

同樣可以計(jì)算出3 種排列方式下其他各相導(dǎo)線金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓值。計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

由表1 可見，平行排列方式與其他兩種排列方式相比較，各相護(hù)層感應(yīng)電壓值最大，在相位上分布也不均衡。在“品”字形排列方式下，各回路三相電壓值相差不大，但相位分布不均。而集中平衡排列方式下，各回路在相位上互差120°，且內(nèi)層回路感應(yīng)電壓值與“品”字形排列方式相比較小了很多，外層回路感應(yīng)電壓值雖略高于“品”字形排列方式，但由于各相電壓值相差無幾且相位均衡，三相電壓相量和約等于零。下面通過計(jì)算進(jìn)行比較。

3 各回路三相電壓的相量和

3.1 “品”字形排列方式下兩回路各自電壓的相量和

3.2 集中平衡排列方式下兩回路各自電壓的相量和

表1 雙回路電纜在3 種排列方式下各相護(hù)層感應(yīng)電壓有效值及相位角

由此可知，集中平衡排列方式下兩回路電壓相量和約為0，三相電壓更為均衡。

4 結(jié)語

從3 種導(dǎo)線排列方式看，平行排列方式施工最簡單，但由于金屬護(hù)層感應(yīng)電壓最高，極易導(dǎo)致為環(huán)流事故發(fā)生?！捌贰弊中闻帕泻图衅胶馀帕惺┕は鄬β闊?，但金屬護(hù)層感應(yīng)電壓低且分布均衡，因此產(chǎn)生的事故率下降很多。

集中平衡排列方式的優(yōu)越性是明顯的，2 個(gè)回路三相電壓的相量和都趨近于零。使用這種排列方式進(jìn)一步降低了電纜金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓，有效減少了環(huán)流的發(fā)生。而且由于雙回路的回路數(shù)不多，施工也不復(fù)雜，對于單芯電纜同溝敷設(shè)很實(shí)用。此外，集中平衡排列方式相比其他兩種方式更加節(jié)省電纜管廊空間，施工更加簡單，費(fèi)用也大大降低。但集中平衡排列方式的弊端也很明顯，當(dāng)其中一回路發(fā)生故障停電檢修時(shí)，由于受非故障回路所產(chǎn)生感應(yīng)電壓的影響以及施工的安全與方便，非故障回路也應(yīng)配合停電；且集中平衡排列方式電纜密集排布，散熱效果差，造成電纜載流量降低。因此，此種排列方式主要用于雙回路單芯電纜或長度較短（低于600 m）的電纜段。

以上分析是在正常工況下進(jìn)行的計(jì)算，如果在過電壓情況下，由于導(dǎo)體電流增至極高數(shù)值，護(hù)層感應(yīng)電壓隨之陡增，其感應(yīng)電壓的降低還要依靠一端接地、另一端加保護(hù)器，以及加裝回流線來處理，如果電纜長度大于1 km，還需采用電纜金屬護(hù)套分段后交叉互聯(lián)的接法。