高压电缆金属护套环流超标分析及处理

王年孝

摘 要：高压电缆金属护套环流超标会严重影响运行电缆的载流量，加速电缆绝缘老化，环流过大时若某处接触电阻过大，将引起电缆附件烧损。通过金属护套环流矩阵计算模型，定性分析出影响环流大小的因素主要有电缆负荷电流、电缆分段长度、电缆排列形式、电缆两端接地电阻及大地电阻。文章针对中山两回110 kV电缆环流超标问题，指出了处理环流超标常规方法的弊端，结合预防性试验，得出负荷电流对环流超标无影响，同时利用matlab进行数值模拟分析，在不改变金属护套交叉互联接线方式情况下，得出适当提高电缆两端接地网电阻，可以有效减小护套环流，并给出了具体的处理对策和现场实施方案，成功处理了环超标问题，为解决电缆线路环流超标提供了一种新思路、新方法。

关键词：高压电缆；护套环流；定性分析；数值模拟；超标处理；现场实施

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0082-03

110 kV及以上单芯高压电缆金属护套一般通过两端直接接地、交叉互联接地、或回流线与大地形成通路，电缆运行时其工作电流将在护套上产生环流损耗，我局在环流检测中发现110 kV小北甲线两相环流超标，小北乙线三相环流超标，最大相约占负荷电流20%（达到64 A）。环流超标会对电缆运行产生较大危害：

①电缆载流量减少，加速绝缘的老化。

②环流过大时若某处（接地箱或接头）接触电阻过大，将引起接头故障或接地箱（线）烧损。

本文通过金属护套环流矩阵计算模型，结合matlab分析了小北甲乙线环流超标原因，并利用适当提高电缆两端接地网电阻的方法，成功处理环流超标问题。

1 金属护套环流计算模型

电缆金属护套两端接地一般有两端直接接地和相叉互联接地两种形式，其等值电路可用如图1所示。

图中，

R为电缆金属护套的电阻；

X为电缆金属护套的自感抗；

R1和R2为电缆两端接地电阻；

Ea、Eb、Ec为大地的漏电阻。

Re为三相线芯电流分别在三相电缆金属护套上产生的感应电压；

Ea'、Eb'、Ec'为三相护套环流Isa、Isb、Isc在三相金属护套上产生的感应电压。

由于三相电缆结构相同，三相护套的自阻抗相同，根据图1等值电路有：

公式（1）中：

Isar、Isbr、Iscr表示环流的实部，

Isaf、Isbf、Iscf表示环流的虚部；

Ear、Ebr、Ecr表示感应电压的实部；

Eaf、Ebf、Ecf表示感应电压的虚部；

S为电缆相间间距。

通过方程两端实部和虚部分别相等，可以得到计算电缆水平排列时金属护套环流的矩阵方程：

公式（2）中：

RA=R+R1+R2+Re；

RB=R+R1+R2+Re；

XA=X1L1+X1L2+X2L3；

XB=X2L1+X1L2+X1L3；

XC=X1L1+X2L2+X1L3；

X1=2 wIn（De/S）×10-7；

（Ω/m）为单位长度中相和边相护套的互感抗；

X2=2 wIn（De/2 S）×10-7；

（Ω/m）为单位长度边相和边相护套的互感抗；

Esa、Esb、Esc根据实际电缆排列方式计算，根据参考文献，对于两端直接接地情况，将式中的参数改为：L1=L，L2=0，L3=0，即可应用。

2 金属护套环超标分析

从电缆环流矩阵计算模型式可以看出，影响环流大小因素有电缆负荷电流、电缆分段长度、电缆排列形式、电缆两端接地电阻及大地电阻，另外如果电缆金属护套交叉互联接地系统被破坏或者出现多点接地情况（相当于每两个接地点构成两端直接接地方式），环流也将发生异常或超标。

110 kV小北甲、乙线于2009年1月投运，电缆型号：FY-YJL

W03-Z-1×800 mm2，电缆回长1 720 m，电缆分三小段（小北甲线长度分别为598 m、586 m、536 m，小北乙线三小长度为603 m、586 m、531 m），三相电缆并列敷设，中间交叉互联，两端直接接地（在N1塔端小北甲、乙线金属护套接地线直接接在铁塔上，在小榄站端小北甲、乙线金属护套接地线直接接在变电站地网上），其护套接地方式如图2所示。

正常情况下，环流与负荷电流比值保持不变，小北甲乙线测试的环流数据与负荷电流比值也基本不变，说明负荷电流对环流超标无影响，停电对小北甲乙线做电缆预防性试验，试验数据均合格，说明交叉互联结构未被破坏，也不存在电缆多点接地情况。

同时在电缆分段长度、电缆排列形式敷设运行后不可变化的情况下，电缆环流超标处理常用的方法是将金属护套交叉互联接线方式改为单端接地方式，此种方式对降低护套环流很有效，但存在着一些隐患，如电缆流过较大的短路电流时，易造成护层保护器烧毁，且如果中间接头接地箱被盗，会造成部分电缆金属护套与地断开，产生很高的悬浮电位，轻则烧毁外护套，重则损坏主绝缘引起电缆击穿故障。

基于上述分析，为了降低小北甲乙线电缆环流，只能从电缆两端接地电阻入手。

小北甲线负荷电流为350 A时，利用matlab进行数值模拟计算出的电缆两端接地电阻与环流关系图如图3（a）、（b）所示，从图中可以发现，当接地电阻R1<1 Ω时，环流数值变化很大，特别在 R1<0.5 Ω时，环流曲线斜率突变明显，说明此时接地电阻对环流影响非常大，观察式1和式2，可知右边感应电压矩阵，左边系数矩阵中感抗不变情况下，影响环流大小主要原因是电阻，当电阻较小时影响尤为明显，当电阻增大到一定程度后，影响变小；当R1>2 Ω时，环流曲线斜率变化很小，说明此时接地电阻对环流影响有限，因而为了减小环流，可以适当提高两端接地网电阻，但接地电阻增大后不利于系统发生单相短路故障时金属护套泄流，建议接地电阻增大后不超过2 Ω。

3 处理对策及现场实施

为增加小北甲、乙线电缆两端接地电阻，须在N1塔做两个独立地网（不与铁塔连接）。

在N1塔内沿基础横梁挖1 m×1 m沟（深度×宽度）。

在开挖好的沟内每隔1 m打1根（∠50×5，长3 m）垂直接地极，用φ12 mm圆钢水平连接（焊接）每个接地极，引出地面的用φ16 mm圆钢，配合降阻剂，每个地网接地电阻控制1～5 Ω左右。

按上述方案，在完成新地网施工后，对110 kV小北甲、乙线环流进行复测，电流环流已全部合格。

110 kV小北甲、乙线增大接地电阻（电缆终端塔侧改造地网，增大接地电阻）前后环流测量结果对比见表1。

4 结 语

影响金属护套环流大小因素有电缆负荷电流、电缆分段长度、电缆排列形式、电缆两端接地电阻及大地电阻， 负荷电流对环流是否超标无影响。

经计算分析，当电缆两端接地电阻R1<1 Ω，尤其在R1<0.5 Ω时，接地电阻对环流影响非常大；

当R1>2 Ω时，接地电阻对环流影响有限，为有效降低电缆环流，在不改变金属护套交叉互联接线方式情况下，可以适当增加电缆两端接地电阻，但接地电阻增大后尽量不超过2 Ω，并由此成功将110 kV小北甲、乙线过大的金属护套环流降低到允许范围内，为解决电缆线路环流超标处理问题提供了一种新思路、新方法。

此外，我们应从设计、施工、监理、运行等多个部门、各个环节共同努力，建议电缆分段应尽可能均匀，如果受地形限制，电缆分段不够均匀，应核对电缆环流是否超标，并采取相应补偿措施，确保环流合格。

参考文献：

[1] 马国栋.电线电缆载流量[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2] 贾欣，曹晓珑，喻明.单芯电缆计及护套环流时的载流量[J].高电压技术，2001，⑴.

[3] 郑肇骥，王琨明.高压电缆线路[M].北京：水利电力出版社，1983.