电缆排列方式对金属护套感应电压的影响

DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.07.039

电缆排列方式对金属护套感应电压的影响

王冉冉 张改玲

(国网山东省电力公司莘县供电公司 山东聊城 252400)

摘 要：随着人口基数和用电需求的持续提升，电力电缆在城市电网建设中的应用规模不断增多，一方面推动了电力事业的持续性发展，另一方面电缆排列方式对电缆金属护套感应电压存在的影响也愈发得到重视。基于此，该文以电缆排列方式对金属护套感应电压的影响为研究对象，从相关理论概述出发，探寻不同电缆排列方式下金属护套感应电压情况，并结合工程实例进行计算分析。

关键词：电缆排列 件数保护套 感应电压

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2019)03(a)-0039-02

城镇化建设进程的不断加快推动了我国电力事业的高速发展。在此背景下，电力电缆以其可靠性强、占地面积小、维护简便等优势，在城市输电网中得到广泛应用。由于城市输电网中所应用的电缆多为交联聚乙烯电缆，在运行过程中，电力电缆金属护套会产生感应电动势。而且电缆排列方式不同，所以产生的金属护套感应电压也不同。对此，有必要加强电缆排列方式对金属护套感应电压影响的研究，以保证电缆运行的稳定与可靠。

1 电缆金属护套感应电压的相关概述

在城市电网建设过程中，高压送电线路中配置的电力电缆多为XLPE（交联聚乙烯）电缆。XLPE电缆在运行过程中与电流接触后使其周围产生交变电磁场，电缆金属护套在电磁场中则或形成一定的感应电动势。通常情况下，电缆线路越长所具有的负荷电流则越短，对此电缆金属护套的感应电压也就越大。对此，在电缆线路工程建设中，为避免电缆金属护套感应电压过大对电缆、人身安全等产生危害，会通过电缆排列方式的科学设计以及电缆金属护套接地形式的科学选择，控制电缆金属护套两端的环流，提升电缆运行的安全与稳定。

纵观我国电缆金属护套的接地状况，不难发现在具体接地过程中，大部分采用交叉互联与单端接地这两种接地方法，各种接地方法在应用效果和应用环节上都有一些差别存在。其中，若通过信号线来接地，采取单端接地这一方法，能够让低频干扰大大降低，通常使用在等电位导体无法安装、模拟信号传送、使用静态屏蔽等情况下。对于普通的电缆，如果两端的系统彼此独立，采取两端接地这一方法，若属于同一系统，那么单端接地则更加适合。应与具体情况相结合，因地制宜地进行接地方法的选择。一旦电缆金属护套出现破裂情况，不但会让金属护套的接地分布相对分散，出现金属护套的环流情况，还会让电缆的损耗大大增加，对正常的电缆使用产生不同程度的负面影响。一般来讲，电缆排列的方式不同，金属护套环流所受的影响便会有所不同，常见的排列方式包括水平排列、竖直排列等。

2 电缆排列方式对金属护套感应电压的影响

2.1 电缆排列方式对单段金属护套感应电压的影响

目前在城市电网建设过程中，排管敷设已经成为电缆敷设应用较为广泛的方式。且在排管敷设过程中以3×7规格、2×10规格为主[1]。与此同时，在高压电缆线路布设过程中，为提升散热性能，110kV以上等级的高压电缆多设置在排管外层，这在一定程度上对电缆排列方式的选择产生了制约。三角排列、水平排列与竖直排列成为110kV以上等级的高压电缆最为常见的排列方式。

以某地区110kV电缆线路工程为例，已知电缆线芯电流额定值为698A，根据上述公式，对不同电缆排列方式单位长度电缆金属护套感应电压进行计算，可得到以下结果：电缆排列方式为竖直排列、直三角排列、水平排列时，A相分别为91.6∠73.3、80.6∠81.2、89.8∠72.9，B相分别为72.4∠-30、71.6∠-31.3、70.8∠-30，C相分别为91.6∠-133.3、79.8∠133.3、89.8∠-135.9。值得注意“∠”表示与A 相线芯电流的相位差。

由以上分析可知，电缆竖直排列下的金属护套感应电压与电缆水平排列下的金属护套感应电压差异不大。导致两种方式下，金属护套感应电压产生差异的因素主要电缆布设距离存在一定关系，即水排列下三相电缆线芯间距为230mm，竖直排列下，三相电缆线芯间距为240mm。相对而言，在电缆芯电流一致的情况下，三角形排列方式下的电缆金属护套感应电压更小。

2.2 电缆排列方式对交叉互联金属护套感应电压的影响

在城市电网建设过程中，一定范围内电缆的排列方式存在随意性，属混合排列。对此，除分析单回路电缆金属护套感应电压外，也需要对双回路电缆金属护套感应电压进行分析。假设双回路中任意排列电缆的三相电流平衡，线路负荷电流一致。以电磁学相关理论为依据，可根据公式计算单位长度电缆金属护套感应电压[3]。

以某110kV电缆线路工程为例，已知线路敷设过程中所应用的电缆为YJLW03-110kV-1000mm2型号的交联聚乙烯波纹铝护套铜芯电缆，电缆导体直径为38mm，电缆导体包带为0.4mm，电缆金属护套为16mm，半导电缓冲阻水带为2.5mm，电缆外径为107.3mm，电缆负荷电流设计为750A，电缆金属护套一端接地电阻为0.6Ω，另一端为0.13Ω，护套电阻为0.03Ω。以三段电缆交叉互联接地为背景，根据上述公式对电缆金属护套感应电流进行计算。值得注意的是，由于金属护套感应电压与金属护套接地环流存在密切关联性，对此也需要对电缆金属护套接地环流进行计算，通过综合分析，认知电缆排列方式对金属护

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套感应电压存在的影响。计算结果如下：电缆排列方式为水平排列间距200mm，电缆分段为300m—500m—700m、450m—500m—550m、400m—500m—600m、500m—500m—500m，交叉互联两感应电压最大值V为44.8、21.1、26.5、16.3，金属护套接地环流为59、27.8、34.9、21.5；电缆排列方式为竖直排列间距450mm，电缆分段为300m—500m—700m、450m—500m—550m、400m—500m—600m、500m—500m—500m，交叉互联两感应电压最大值V为51.2、24.3、33、16.3，金属护套接地环流为67.4、32、43.5、21.5。

由以上分析可知，电缆间距、电缆分段长度也是影响电缆金属护套感应电压的关键因素。在电缆分段长度处于不均衡状态下时，电缆金属护套感应电压相对较大。与此同时，直三角排列方式电缆金属护套感应电压明显低于水平排列与竖直排列；其他条件一定，电缆间距越大，电力金属护套感应电压越高，因此在电缆分段长度均衡情况下，水平排列与垂直排列更容易产生环流，且随着环流的不断增加，对电缆产生的损耗越大。由此可见，无论是在单回路中，还是在双回路中，直三角排列方式具有较强的优势。对此，可进行优先考虑。但由于影响电缆金属护套感应电压的因素有很多，在进行混合排列时，相关工作人员应对交叉互联电缆金属护套感应电压的因素具有全面的了解，能够立足实际情况，从电缆分段、电缆排列、电缆间距设置等层面出发，进行综合分析，以保证电缆线路工程设计的科学性与准确性，保证所设计的混合排列方式既符合工程建设要求，又能获取最优效益。

3 结语

综上所述，伴随我国需电量的持续提升，由于电缆线路过长会使金属护套的感应电压升高，从而降低电缆的使用寿命，严重时会威胁人们的生命安全。基于此，相关部门及工作人员加大了对电缆排列方式的重视，其中影响电缆金属护套感应电压的因素有很多，主要包括电力分段长度、电缆间距、电缆排列方式等。而要想减小电缆排列方式对金属护套感应电压的影响，工作人员应立足工程实践，进行电缆排列方式的科学选择。通常在同等条件下，直三角形排列方式能够有效降低电缆金属护套两端感应电压。对此，在实践过程中，可优先选择该排列方式进行设计。

参考文献

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断与直流系统有关的各类设备电源。

2.3.2 接地故障定位法

接地故障定位法主要用来确定故障点，通常采用定位仪、便捷式查找仪等设备对故障进行定位，采用该方法的前提是已经明确接地故障范围。目前，变电站的工作人员在采用该方法定位故障点时，选用的仪器设备是便捷式直流接地故障查找仪，使用该仪器定位接地故障不需要工作人员预先切断直流系统的回路电源，对直流系统的运行情况以及其他电力相关设备的影响较小，能够维护系统运行的稳定性与安全性，提高故障处理效率与质量。简而言之，利用接地故障定位法对直流系统的接地故障点进行查找定位，可以保障故障处理的高效性与及时性，极大程度上可以为变电站节约检修成本，提高经济效益。

2.3.3 瞬时拉路法

瞬间拉路法是目前检修直流系统接地故障的重要手段之一。工作人员在使用这种方法对直流系统进行检修时，需要先将系统的直流电流断开，由于断开时间不会超过3s，所以对电力系统的正常运行状态影响较小，不易出现突发性断电现象。利用瞬间拉路法检修直流系统接地故障，工作人员可以根据线路承受负荷的重要程度，依次断开直流屏电流供应，当在断开某部分回路的直流电之后，接地故障消失，则说明该回路出现故障，随后再利用该方法对回路支路进行判断，从而准确判断出故障点[3]。在采用瞬间拉路法时，工作人员需要知道因为需要断开直流系统的某些支路，所以会降低直流系统的供电可靠性，而且该方法并不适用组成结构十分复杂的二次系统。

2.3.4 直流接地在线装置检测法

目前，电力市场针对直流系统接地故障，提供了多种在线装置，例如霍尔传感器检测装置、磁饱和检测装置、信号注入检测装置等。利用直流接地在线装置检测法对接地故障进行处理，需要工作人员先在直流系统的各分支回路处安装穿心式电流互感器；然后利用在线装置对互感器接收到的信号进行分析；随后通过接地检测仪判断各分支回路的电流运行情况，将出现问题的回路所对应的传感器编号记录下来；最后在保持实时在线监测的条件下，按照编号对直流系统故障回路进行检修。这种接地故障处理方法具有较高的安全性，不需要断开直流系统各分支回路的电流，在移动式采集互感器检测到故障回路后，直流接地在线装置会自动发出警示信号，极大程度上提高了变电站直流系统运行的稳定性。

3 结语

综上所述，变电站长时间运行使得直流系统出现接地故障的频率增加，严重影响变电站的正常运行。因此，工作人员要明确解决直流系统接地故障的重要性，采用接地故障定位法、瞬时拉路法等方法开展接地故障检修工作，提高直流系统运行的安全性与稳定性，保证变电站生产活动正常开展，实现社会效益与经济效益的统一。

参考文献

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