35kV单芯电缆钢铠层发热问题的解决方法

潘英吉， 周和平

1. 国家电网吉林省电力有限公司 吉林供电公司 吉林吉林 132001 2. 吉林市电力设备安装有限公司 吉林吉林 132011



35kV单芯电缆钢铠层发热问题的解决方法

潘英吉1， 周和平2

1. 国家电网吉林省电力有限公司 吉林供电公司 吉林吉林 132001 2. 吉林市电力设备安装有限公司 吉林吉林 132011

35kV单芯钢铠电缆在运行中，钢铠层上产生的感应电动势与本体接地点构成闭合回路，电流在回路电阻上可产生85℃以上的高温，直接危及系统安全运行。对这一问题进行了分析，结合我国国家标准GB 50217—2007，在适当距离内切断电缆钢铠层，打开闭合回路，将感应电动势限制在规定范围内，进而解决了这一问题。

电力电缆； 故障； 安全性

35kV系统的中性点通常采用不接地运行方式，将中性点看作一个节点。依据基尔霍夫节点电流定律，在三相交流系统中，只有三相电流大小相等、相位角互差120°，三相电流向量之和方可等于零。对于单芯电缆与三芯一体电缆而言，在钢铠层上所产生的感应电动势是不同的。三芯一体钢铠电缆，因三相电流之和为零，所以在钢铠层上产生的合成磁通为零，不产生感应电动势。单芯电缆各自独立运行，在电缆钢铠层上产生感应电动势，为安全运行起见，电缆两端的钢铠层需要接地，这样就构成了一个闭合回路，在感应电动势的作用下，感应电流在钢铠层的阻抗上会产生较高温度，并影响单芯电缆的载流量[1-2]，危及人身和设备安全。因此，单芯电缆钢铠层接地时，需要按照GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》[3]限制其回路中电流的大小。

1 接线方式

单芯电缆钢铠层上产生的感应电动势大小与电缆线路的电流和线路长度成正比，对于电缆长度较短、电流偏小的线路，电缆两端可采用星形接地方式[4-5]，如图1所示，图1中IA、IB、IC为35kV单芯电缆的三相电流。星形接地方式的等效电路如图2所示[6]，图2中EA、EB、EC为单芯钢铠电缆的三相感应电动势，RL为钢铠层等值电阻，Ia、Ib、Ic为流过钢铠层的三相感应电流，RD为大地电阻。由于35kV系统的三相电流相位互差120°，且模数值相等，因此钢铠层上产生的三相感应电动势及在闭合回路中产生的三相感应电流都是相互对称且大小相等的。可见，通过接地点流到大地的电流为Ia+Ib+Ic=0，即三相感应电流没有通过大地构成回路，而是通过相间进行流动[7-9]。依据回路电流法，求得三相电流分别为：

图1 星形接地方式

图2 等效电路

(1)

根据GB 50217—2007，当电流流过单芯钢铠电缆时，屏蔽层上产生的感应电动势为：

Es=LEso

(2)

式中：L为感应电动势两端的有效距离，km；Eso为每1km所产生的感应电动势，V/km。

三根单芯电缆按三角形方式排列，电缆单位长度电抗[3，10]为

Xo=2×10-4ωln(S/r)

(3)

式中：ω为工频角频率；S为电缆间中心距离，cm；r为电缆金属层平均半径，cm。

单芯电缆若为水平排列，GB 50217—2007中有详细计算表达式，此处从略。

电缆每1km所产生的感应电动势为：

Eso=IxlXo

(4)

式中：Ixl为线路电流。

为安全考虑，通常线路电流取最大值。GB 50217—2007中规定： 在未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，感应电动势不得大于50V；若采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施，则感应电动势不得大于300V。

2 实例

以城南变35kV地下单芯电缆输电线路为例，电缆型号为YJV72-26/35-1×185mm2,电缆长度为 1150m。电缆为三角形方式排列，边长中心距离S=48cm，电缆金属层平均半径r=7.8cm，最大电流为490A，则电缆钢铠层的电抗为：

Xo=2×10-4ωln(S/r)=0.0628×
ln(48/7.8)=0.114Ω

钢铠层上产生的感应电动势为：

Es=LIxlXo=1.15×490×0.114=64.24V

按照标准要求，在未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，感应电动势不应超过50V。从计算结果看，感应电动势的数值已经超过标准要求，此外，因电缆两端接地产生较大环流，通过红外测温仪对电缆外皮测试，温度达到85℃以上，已经危及人身和设备的安全运行。为减小环流，曾改变过电缆钢铠层的接地方式，如交叉接地、通过限流电阻接地等，但效果均不理想，因此需要采取技术措施使感应电动势降下来。

钢铠层每1m所产生的感应电动势为：

Em=Es/L=64.24/1150=0.0558V/m。

产生50V感应电动势的距离为：

L50=E50/Em=50/0.0558=896.05m。

为保证感应电动势不大于50V，可以在线路长度896.05m处将钢铠层断开，但剩余长度约为254m，感应电动势为14.24V，显然两端感应电动势不相等。当剩余长度小于感应电动势50V的长度时，钢铠层断开处应选择在这条电缆的中心处，这样钢铠层两端的感应电动势是相等的，即均为32.12V，并满足感应电动势不大于50V。在电缆生产厂家的配合下，对钢铠层断开处的两端做好防水和绝缘包扎，并做好接地点，如图3所示。

图3中，Ⅰ段电源侧钢铠层采用星形接地，在钢铠层断开处的左侧采用电压保护接地，作用是防止感应雷击危及电缆运行安全。电压保护装置由避雷器阀片制作而成，在钢铠层电压超过限值时动作，可将过电压能量对地释放。

图3 新型接地方式

正常运行时，由于阀片阻值很大，可以认为对地是开路状态，钢铠层上产生的感应电动势没有形成闭合回路，感应电流为零，也就不会产生高温，不会影响单芯电缆的载流量。

3 结束语

通过对城南变35kV出线电缆接地方式的改造，从源头上断开了感应电动势与接地点形成的闭合回路，使回路电流等于零，电缆钢铠层不再产生温升，即保持正常室内或室外温度，同时感应电动势的数值也被限制在标准要求的范围之内，应用效果良好。

对于电缆生产厂家而言，如果电缆在生产过程中能平衡并减小感应电动势至GB 50217—2007规定范围内，将电缆钢铠层逐段断开，并做好标记，且可以根据需要连接或断开，这样将给现场施工带来诸多方便。

[1] 邱关源.电路[M].4版.北京： 高等教育出版社,2006.

[2] 吴薛红,濮天伟,廖德利.防雷与接地技术[M].北京： 化学工业出版社,2008.

[3] 电力工程电缆设计规范： GB 50217—2007[S].

[4] 李景禄.接地装置的运行与改造[M].北京： 中国水利水电出版社,2005.

[5] 李凡,施围.线路避雷器的绝缘配合[J].高电压技术,2005,31(8)： 18-20，23.

[6] 黄大龙.35kV单芯电缆屏蔽接地不当引起故障的分析[J].安徽电力,2010(2)： 7-8.

[7] 罗春霖.35kV高压单芯电缆的故障原因分析及解决方法[J].企业科技与发展,2013(7)： 43-45.

[8] 徐绍军,黄鹤鸣,李华春.北京地区35kV单芯电缆接地系统改造[J].供用电,2008，25(1)： 29- 31.

[9] 刘祖勇. 35kV单芯电缆金属护套接地方式的探讨[J].江西冶金,2013，33(6)： 37-39.

[10] 赵忠民,王武.一起35kV电缆头故障引发风电场脱网事故的分析[J].电气技术,2011(10)： 99- 101.

(编辑： 启 德)

During operation of 35kV single core armoured cable, due to a closed loop circuit constituted by the induced electromotive force generated at the steel armor and the grounding point of the main body, the current in the loop resistance can produce more than 85℃ high temperature that may directly endanger the safe operation of the system. This problem was analyzed and solved based on national standard GB 50217—2007 by cutting off the cable armor layer within the appropriate distance to open the closed loop circuit and limit the induced electromotive force within the specified range.

Power Cable； Fault； Safety

2017年1月

潘英吉(1979— )，男，硕士，高级工程师，主要从事自动化工程控制、太阳能发电和继电保护等工作， E-mail： 13009150955@126.com

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