高压单芯电力电缆金属护套环流分析及限制

Ｉ ｓ （ Ａ）
４ ２ ． ３ ４ ９ ． ３ ５ ６ ． ４ ６ ３ ． ４
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
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
离较 大 ， 则会 限值 隧道 中敷 设 电缆 的 回路 数 。所 以 ， 在 许 多情
施 工 敷 设 则 较 为 困难 ， 且 品 字 形排 列 的 电缆 层 间 距 必 然 。 高压 和 超 高 压 单 芯 电缆 需 要 使 ｘ Ｌ Ｐ Ｅ型 电缆 能预 防 外 靠 品 字 形 ，
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 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
表 ７ 金 属 护 套 环 流 实 测值
测试时间： ２ ０ １ ２ ． ３ ． ４ １ ｌ ： Ｏ ０ ～ １ ２： Ｏ ０ 负荷 电 流 ： Ａ相 ： ３ １ ３ Ａ Ｂ相 ： ３ ４ ５ Ａ Ｃ相 ： ３ ０ ９ Ａ
同轴 电缆 连 片
Ｃ Ａ — Ｃ Ｂ — Ａ Ｃ — Ｂ
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ｌ ｌ ｌ 。在 电 缆 线路 较 长 的 情 况 下 ， 往 往 不 得 不
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 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 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 】 Ｔ Ｍ ２ ４ ７ 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章编号 】 ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ８ — ０ ０ ３ ３ — ０ ３
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 ．
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
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
Ｉ ￣ ＝ ３ ８ ０（ Ａ） Ｉ ｃ ＝ ４ ０ ０ （ Ａ）
Ｉ Ａ ＝ ３ ５ ０ （ Ａ）
Ｉ Ｂ － ４ ０ ０ （ Ａ） Ｉ ｃ － ４ ５ ０ （ Ａ）
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
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
Ｌ ｏ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ Ｎ ＷＯ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ３ ， 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
４ ５ ０
４ ９ ０
ｌ ３ ． ８
２ ． ７
ｌ ３ ． ８
２ ． ７
１ ３ ８
２ ． ７
５ ５ ０
１ ２ ． ９
１ ２ ９
１ ２ ． ９
表 ３ 水 平 布 置 方 式 下 的 环 流 计 算 值
Ｌ ｏ （ ｍ）
４ ０ ０
为 直观 了解 电 缆 布 置 方 式 、三 相 电流 不平 衡 及 电缆 段 长
５ ０ ０ ｍ． 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 ４ ０ ０ Ａ， 计 算值 见 表 ２ ～ ３ 。
表 ２ 正 三 角 形 布 置 方 式 下 的 环 流 计 算 值 Ｌ ｏ （ ｍ）
４ ０ ｏ
（ Ｑ ） 感 直 电 压 平 衡
不一致对 护套环流 的影响 ． 下 面以 Ｙ Ｊ Ｌ Ｗ０ ２ １ ２ ７ ／ ２ ２ ０ ２ ０ ０ ０型 电
Ｉ 蚰（ Ａ）
７ ２ ． ８
Ｉ ｓ Ｂ （ Ａ）
７ ３ ． ８
Ｉ ｓ ｃ （ Ａ）
３ ６ ． ５
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
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
接 头 序 号
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
Ｉ Ａ ＝ ３ ５ ０ （ Ａ）
荷 电 流 Ｉ Ｂ ＝ ３ ６ ０（ Ａ） Ｉ ｃ ＝ ３ ７ ０ （ Ａ）
Ｉ Ａ ＝ ３ ５ ０ （ Ａ）
Ｌ ｏ Ｗ ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ Ｎ Ｗ０ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ｏ ｌ ３ ， 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（ Ｉ Ｎ ） ｉ ｌ 电 力设计咨询有限责任公司， 四 川 成都６ １ ０ ０ １ ６ ）
【 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
，
／ ， ， ２ ２０ ３ ３ ． ８
／
／ ， ， ４ ５ ． ０ １ ５ ． ８
／
／ ／ ， ４ ５ ． ０ ３ ７ ． ８
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
回路 的相 互 影 响
４ ５ ０ ４ ９ ０ ５ ５ ０
６ ２ ｌ ８ ５ ７ － ３ ５ ３ ． ８
６ ３ ２ ５ ７ ． ４ ５ ３ ． ５
４ ６ ． ７ ５ ４ ． ５ ６ ５ ． ５
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
Ｇ Ｉ Ｓ终 端 接 地
１ ＃ ２ ＃ ３ ＃ ４ ＃ ５ ＃
Ａ
Ｂ
５ 盘
９ ２ １ ３ ｌ ５ ７ ３ ７ ６
ｌ ２ ． ７
１ ０ １ ９ ４ ０ ８ ３ ３ ８ ． ８
９
８ ２ ０ １ ４ ４ ９ ７ ０ １
段 电缆 感 应 电压 幅 值 相 等 ， 相 角差 １ ２ ０ 。 ， 见图 １ （ ａ ） 。 图 １中
Ａ１ Ｂ ２ Ｃ ３ 、 Ｂ １ Ｃ ２ Ａ ３ 和 Ｃ Ａ ２ Ｂ ３ 三 段 电 缆金 属 护 套 两 端 电压 为 零 ， 回 路 中感 应 电流 为 零 。
１ ． ２ 段 长不 一 致对环 流 的影 响
Ｇ Ｉ Ｓ终 端 接 地
３ ６ ． ７
１ ６ ． ８
３ ７ ． １
／
，
，
长 度 差 别较 大 ， 达 ｌ Ｏ Ｏ ｍ 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 。
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 Ｌ １ ＝ Ｌ ２ ：
表 １ 水 平布 置 方 式 下 的 环 流 计 算 值
Ｉ （ Ａ）
３ ０ ０ ３ ５ ０ ４ ｏ ｏ ４ ５ ０
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
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
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 Ｌ ｌ ＝ Ｌ ２ ＝ ｋ＝ ５ ０ ０ ｍ， 相 间距 离 Ｓ ＝ ２ ５ ０ ｍ ｍ， 在 不 同 负荷 电流 下 ， 金 属 护 套 环 流 计 算值 见 表 １ 。
（ Ｉ ｏ ） 幅 值 化
图 １交叉互联感应 电压 向量图
（ ｃ ） 相 角 变 化
Ｉ 曼 ＾ （ Ａ）
２ ８ ． ５
Ｉ 蛆（ Ａ）
２ ８ ． ５
Ｉ ｓ ｃ （ Ａ）
２ ８ ． ５
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 。
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 Ｌ ｌ ＝ ｋ： Ｌ ３ ， 相 间距 离 Ｓ ＝ ２ ５ ０ ｍｍ， 三相 电缆 品 字 形排
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 。
由表 １可知 ， 不 同 负荷 电流 的 情 况 下 ，
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 值 超过 了线 芯 电 流的 １ ０ ％ ．水 平排 列布 置 方 式 对金 属 环 流 有 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