高压电缆金属护套的接地方式对线路参数的影响.pdf

高压电缆金属护套的接地方式对线路参数的影响.pdf

《高压电缆金属护套的接地方式对线路参数的影响.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压电缆金属护套的接地方式对线路参数的影响.pdf（4页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

2009年第2期No.22009电线电缆ElectricWire&Cable2009年4月Apr.,2009高压电缆金属护套的接地方式对线路参数的影响唐庆华1,刘宝成1,杨洪1,史磊1,李丛林2,吕红开3（1.天津市电力科学研究院,天津300040;2.天津市电力公司调度通信中心,天津300010;3.天津市电力公司高压供电公司,天津300205）摘要:

当今110kV及以上的高压、大截面交联聚乙烯（XLPE）电力电缆多采用单芯结构。

对于不同长度的电缆线路其金属护套的接地方式亦不尽相同,从而对电缆线路参数,尤其是对零序阻抗将产生较大的影响。

通过对热津一、二线220kV电缆线路在金属护套交叉互联系统改造前后进行线路参数的实际测量,分析了金属护套不同的接地方式下对零序阻抗及互感阻抗产生影响的原因,提出了相应的改进措施。

关键词:

高压电力电缆;金属护套;接地方式;线路参数中图分类号:

TM247.1文献标识码:

A文章编号:

167226901（2009）0220043204EffectoftheEarthingMethodoftheMetalSheathinHVCablesonLineParametersTANGQing2hua,etal（TianjinElectricPowerResearchInstitute,Tianjin300040,China）Abstract:

Atpresent,usuallysinglecoreisusedforhighvoltagelargesizeXLPEpowercables110kVandabove.Theearthingmethodofthemetalsheathvariessomewhatindifferentcablelengths,whichaffectsgreatlylineparame2ters,especiallyzerosequenceimpedance.Thecausewhytheearthingmethodofthemetalsheathaffectszerose2quenceimpedanceandmutualinductanceimpedanceisanalyzedbymeasurementsoflineparametersbeforeandaftertherenovationofthecross2connectionsystemofthemetalsheathinthe220kVcablesinRehe2TianjinLine1and2andmeasuresforimprovementareproposed.Keywords:

highvoltagepowercable;metalsheath;earthingmethod;lineparameters收稿日期:

2008207211作者简介:

唐庆华（1979-）,男,工程师.作者地址:

天津市和平区哈尔滨道184号300040.0引言电缆工频参数的准确性（主要指正序和零序阻抗）是继电保护整定的重要基础,如电缆线路正、零序阻抗参数选取不当,一旦系统运行发生短路故障,将严重影响到系统继电保护的可靠性。

高压电缆由于其品种与规格的多样性、金属护套接地方式的不同以及布置环境等因素的影响,序阻抗计算非常复杂,虽然文献1分几种情况进行了分析,并给出了相关参数的计算公式,但理论计算值往往与实测值存有较大的差异,因此有必要对电缆线路的参数进行深入探讨与研究。

本文通过对金属护套不同接地方式下的电缆线路参数进行实测、分析,总结出相关经验以指导现场测试。

1高压电缆金属护套的接地方式随着城市建设的发展,电力电缆的应用日趋广泛。

交联聚乙烯（XLPE）电缆因其性能优、重量轻、敷设简单、维护方便等诸多优点得到迅速发展,而它的安全运行与其金属护层接地方式密切相关。

高压单芯电缆通常由金属导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、衬垫层、金属护套和外护层等组成。

金属护层应满足在发生单相接地故障时,能承受故障电流流过金属护层而不致损坏,并起到保护和防水的作用。

单芯电缆的导体和金属护层之间,可以看作是一个空心变压器的初级绕组和次级绕组2。

当单芯电缆导体流过交变电流时,其周围势必产生交变磁场。

该磁场的部分磁力线与电缆的金属护套相交链,并在金属护套上产生感应电压。

感应电压的大小不仅与流过电缆导体的电流有关,同时与电缆的排列方式和线路长度有关。

当电缆导体流经电流较大（尤其是短路接地故障时）、线路较长时,其金属护层上感应的高压可能导致外护层绝缘击穿。

为了降低金属护层的感应电压,在工程应用中产生了多种金属护层的接地方式。

1.1金属护套两端接地电缆线路很短、最大利用小时数较低,且传输容量有较大裕度时,电缆线路可采用金属护套两端接地的方式。

因为电缆线路很短、传输容量很小时,金属护套上的感应电压也小,金属护套两端接地形成通路后,护套中的环流也很小,造成的损耗不显著,对电缆的载流量影响不大。

1.2金属护套一端接地线路不长（一般为500m以下）,电缆金属护套可以采用一端直接接地,另一端经保护器接地的方式。

采用该方式时,电缆金属护套在正常满负载情况下的感应电压在维护人员不能采取防护措施而接触护套时,不得大于50V;反之,不得大于100V。

为降低电缆线路发生故障时金属护套的感应电压,防止干扰电缆线路附近的其他电缆线路及通信线路,需沿电缆线路平行敷设一根回流线3。

回流线的两端应可靠接地,其截面应满足短路电流热稳定的要求。

1.3金属护套中间接地电缆线路稍长,且无法分成三段组成交叉互联系统,当采用一端接地,另一端感应电压太高时,可采用金属护套中点接地的方式。

该方式是在电缆线路的中间将金属护套接地,电缆两端各装设一组保护器,并按金属护套一端接地方式的相关规定加设回流线。

1.4金属护套交叉互联接地电缆线路很长（约在1000m以上）时,可将电缆均匀分割成三段或三的倍数段,采用金属护套交叉互联的接地方式。

每组交叉互联段中的两小段之间装设绝缘接头,绝缘接头处的金属护套通过同轴电缆经交叉互联箱进行换位连接（交叉互联）,绝缘接头处装设一组保护器,每组交叉互联段的两端金属护套直接接地。

金属护套采用交叉互联的接地方式时,感应电压低、环流小,且不需装设回流线。

2电缆线路基本情况热津一、二线220kV电缆线路为陈热三期并网工程,分别接至陈塘庄热电厂#8、#9发电机组,两台发电机组的额定装机容量均为300MW。

线路路径为:

陈塘庄热电厂梅江220kV站（规划中、未建成）津奥220kV站,系统接线如图1所示。

（1）从陈塘庄热电厂到梅江220kV站的电缆型号为YJLW03127/22011600mm2,长度为1.81km。

（2）从梅江220kV站到津奥220kV站电缆型号为YJLW03127/22012500mm2,长度7km。

图1陈热三期系统接线图（3）由于梅江220kV站在建,在站内上述两种截面电缆过渡部分采用长度为12m、型号为YJLW03127/22012000mm2的电缆进行连接。

热津一、二线电缆全长8.82km,共分为5大段总计15小段,金属护套采用交叉互联的接地方式。

互联箱编号规则为津奥220kV站为#0箱,以此递增至陈塘庄热电厂为#15箱。

依设计图纸#0、#3、#6、#9、#12、#15为直接接地箱,#1、#2、#4、#5、#7、#8、#10、#11、#13、#14为交叉互联箱,交叉互联系统见图2。

图2热津一、二线交叉互联系统热津一、二线220kV电缆主要采用双回同沟槽的敷设方式,在横跨公路、铁路等不便开挖处采用拉管,少量地方还采用排管方式敷设。

3电缆线路参数测试及实际运行情况电缆线路正序阻抗、零序阻抗及互感阻抗的测量接线及计算方法与架空线路相关参数基本相同。

442009年第2期No.22009电线电缆ElectricWire&Cable2009年4月Apr.,2009如前所述,正常运行时,热津一、二线的金属护套均采用交叉互联的接地方式。

我们在投运前对热津一、二线双回220kV电缆参数进行实测,测试结果见表1。

表1热津一线、二线电缆参数实测值名称热津一线热津二线正序阻抗Z1/R1/X1/1/（）Z1/R1/X1/1/（）1.2230.1711.21081.91.1830.1781.17081.4零序阻抗Z0/R0/X0/0/（）Z0/R0/X0/0/（）0.8480.3970.75062.10.8170.3900.71861.5注:

Z1、Z0分别为正序和零序阻抗;R1、R0分别为正序和零序电阻;1、0分别为正序和零序阻抗角,以下各表相同。

鉴于两回电缆线路同沟槽敷设,我们对双回线路之间的互感阻抗也进行了测试,测得互感阻抗Zm=0.0058,互感系数M=0.0185mH。

当陈塘庄热电厂#8、#9发电机组满负荷（300MW）运行时,负荷电流（电缆线芯电流）约740A。

此时我们对热津一、二线交叉互联系统的金属护套接地线环流及感应电压进行了测量,结果见表2。

由表2可知,热津一、二线感应电压均不大于50V,均符合相关规定。

但是,热津一线段交叉互联系统金属护套接地线环流即高达135A,为负荷电流（740A）的18%,热津二线的、段环流更是高达145A和117A,分别为负荷电流的20%和16%。

通常金属护套接地线环流达负荷电流的5%10%为正常。

否则电缆金属护套中的环流将引发电缆保护层的发热,轻者降低电缆的载流能力,重者甚至引起电缆主绝缘和护套的烧蚀,降低电缆绝缘水平,大大缩短电缆使用寿命。

造成环流偏大的原因,分析是电缆外护套多处破损所致。

由于这些外护套故障点均存在于拉管中,无法进行修复。

为抑制环流,厂家建议对热津一、二线双回电缆线路的交叉互联系统进行相关改造,改造后的交叉互联系统分别如图3、图4所示。

表2交叉互联系统环流及感应电压交叉互联段名称热津一线热津二线护套环流/A感应电压/V护套环流/A感应电压/V8035933761347533135371453680266032763111734图3热津一线改造后交叉互联系统图4热津二线改造后交叉互联系统由图可知,热津一线对、段交叉互联系统进行了改造,即将#1、#7交叉互联箱改成特殊保护（一端经保护器接地,一端直接接地）接地箱,将#2、#8交叉互联箱改成双保护器箱。

而热津二线对、段交叉互联系统进行了改造,即将#1、#7、#13交叉互联箱改成特殊保护接地箱,将#2、#8、#14交叉互联箱改成双保护器箱。

在交叉互联系统改造完成后,我们对热津一、二线双回220kV电缆参数进行重新测试,测试结果见表3。

表3改造后热津一线、二线电缆参数实测值名称热津一线热津二线正序阻抗Z1/R1/X1/1/（）Z1/R1/X1/1/（）1.2180.1771.20581.71.1560.1851.14180.8零序阻抗Z0/R0/X0/0/（）Z0/R0/X0/0/（）6.7704.1805.32651.98.4763.3207.79966.9双回线路之间的互感阻抗也进行了重新测试,测得互感阻抗较改造前有显著增大,Zm=1.56,542009年第2期No.22009电线电缆ElectricWire&Cable2009年4月Apr.,2009互感系数M=4.97mH。

其次,对改造后的双回电缆金属护套环流电流和感应电压也进行了重新测试,测试结果见表4。

表4改造后互联系统护套环流及感应电压交叉互联段名称热津一线热津二线护套环流/A感应电压/V护套环流/A感应电压/V7.6388.93714.24457375.6475.0412922372943224.536注:

本表数据是在负荷电流约为600A时测试的,而改造前为740A,这是调试运行的缘故。

为接地端测试值。

为非接地端测试值。

4测试数据分析从热津一、二线220kV双回电缆的参数测试结果可知,电缆金属护套采用何种接地方式对正序阻抗基本没有影响,但对零序阻抗及互感阻抗（双回同沟槽敷设时）则有很大的影响。

在交叉互联系统改造前,金属护套五大段均为交叉互联接地,可以认为短路电流全部以金属护套作为回路,流过大地部分的可以忽略,此时护套内电流最大,零序阻抗达到最小,热津一、二线分别为0.848和0.817。

而对交叉互联系统改造后,热津一线的、段的金属护套被断开,以及热津二线的、段的金属护套被断开。

在这些段落,金属护套均为单端接地,短路电流主要以地作为回路,护套内电流最小,零序阻抗增大。

而热津二线断开的金属护套（、段）较热津一线（、段）的多,因此,热津二线的交叉互联系统改造后的零序阻抗（Z0=8.476）也较热津一线的零序阻抗（Z0=6.770）大。

另一方面,对于互感阻抗的测量,由于热津一、二线220kV电缆主要采用的是双回同沟槽敷设方式。

在电缆的交叉互联系统改造完成后,金属护套在某些段落被断开、已无完整性。

在这些段落短路电流只能通过大地返回而非金属护套,此时短路电流会对其周围的临近电缆线路、通信线路造成干扰,除非临近线路有屏蔽（如电缆两端接地的金属护套）保护,可是改造后的金属护套已不是两端接地,故起不到屏蔽作用4。

而当电缆的金属护套保持完整且交叉互联时（改造前）,则短路电流会沿阻抗最小的通道（金属护套）返回,且电缆的金属护套完整并交叉互联接地,此时对另一回电缆线路几乎不会造成影响。

这就是交叉互联系统改造后双回电缆互感阻抗激增的原因所在。

解决措施:

应在电缆沿线加装与电缆平行的接地回流线,并在两端可靠接地,感应电压转变为以接地回流线为回路的逆向接地电流,抵消了大部分故障电流产生的磁通,降低了与金属护套的交链磁场和感应电压,同时也减轻了对邻近电缆的干扰。

由于热津一、二线220kV电缆分别接至陈热三期#8、#9发电机组,发电机组停电时间受调度、运行所限,在发现交叉互联系统存在以上相关问题后并未能及时装设回流线,这一点应当引起相关部门高度重视,尽可能结合今后的停电计划对交叉互联系统进行相应的整改。

其次,从表4与表2比较可知,改造后的负荷电流为600A不同于改造前的740A,因此金属护套电流有很大程度的减小,在单端接地系统的接地端入地电流约为负荷电流的10%,但需要注意的是非接地端的感应电压最高为47V,而且在发电机组满载情况下,感应电压更高,因此这时应加强监测,并采取相应的防护措施。

5结论

（1）电缆由于其不同的金属护套接地方式,以及布置环境等因素的影响,参数计算非常复杂,理论计算值和实际测量值之间还存在较大的差异,因此电缆线路参数还应以实测为准。

且参数测试时,金属护套的接地方式应为电缆正常运行时的方式。

（2）金属护套一端直接接地与两端交叉互联接地相比,电缆正序阻抗的相差不大。

（3）金属护套一端直接接地与两端交叉互联接地的电缆零序阻抗相差近十倍。

（4）为了减小单芯电缆线路在发生故障时对邻近电缆线路、通信线路的干扰,应采用金属护套交叉互联的接地方式。

对于同沟槽敷设的双回电缆线路,当金属护套为不完整的交叉互联系统时,应进行双回线路间的互感阻抗测量。

发现干扰严重时,应配置接地回流线。

参考文献:

1毛为民.电力电缆相序阻抗计算与分析J.供用电,2002,19（4）:

24225.2李宗廷,王佩龙,赵光庭,等.电力电缆施工手册M.北京:

中国电力出版社,2001.3DL/T52212005城市电力电缆线路设计技术规定S.4门汉文,崔国璋,王海（编译）.电力电缆及电线M.北京:

中国电力出版社,2001.642009年第2期No.22009电线电缆ElectricWire&Cable2009年4月Apr.,2009