电缆金属护套交叉互联分段的优化研究

朱文滔

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528200）

0 引言

因受到旧版的GB 50217—1994《电力工程电缆设计规范》中电缆金属护层正常感应电势容许值仅100 V的制约，以往的电缆工程设计中电缆交叉互联系统普遍分段较短，以致带来了一系列的问题：（1）分段过多，停电试验工作量大；（2）中间接头过多，增加了工程投资及施工时间；（3）埋地的交叉互联箱、接地箱防水性能较差，箱体过多，增加了电缆线路的故障风险。

新版的GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》规定：交流单芯电力电缆线路的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势最大值应满足下列规定：（1）未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50 V；（2）除上述情况外，不得大于300 V。其与旧版最大的区别是金属护套的允许感应电压从100 V提高到了300 V。

本文以佛山供电局在运行的220 kV佛藤线电缆为例，研究长电缆线路的交叉互联分段长度，目的在于利用最新的设计规范条款优化现有的电缆交叉互联分段，使电缆线路运行维护更方便。

图1 220 kV佛藤线电缆分段及接地方式图

1 220 kV佛藤线电缆交叉互联系统现状

湿，导致保护器损坏率极高。

（3）目前的交叉互联系统在每个周期之间无法测环流。

1.1 220 kV佛藤线概况

220 kV佛藤线电缆全长9 528 m，电缆型号为YJLW03-127/220-1×2000，全长19个中间接头，总共有19个交叉互联箱（或接地箱）。电缆分段长度及交叉互联接线方式如图1所示。

1.2 220 kV佛藤线电缆交叉互联系统存在的问题

经过数年的运行，发现220 kV佛藤线电缆的交叉互联系统存在以下问题：

（1）交叉互联及接地箱数量太多，总共19个，预试工作量大，需要停电时间长，这与电网的运行可靠性相悖。

（2）交叉互联箱及接地箱全部埋设在地下井内，防水环境恶劣。在实际开箱检查时，即使箱内没有直接进水也是明显潮

2 220 kV佛藤线电缆交叉互联系统改造方案

2.1 交叉互联系统重新分段

（1）取消一部分交叉互联箱或接地箱，把一些绝缘接头改为直通接头，分段方案如图2所示。

如图2所示，把#0、#2、#4、#6、#8、#10、#12、#14、#17改为直通接头，减少了9个中间交叉互联箱或接地箱，等效图如图3所示。

从等效图可见，优化后的交叉互联系统有两个交叉互联单元和五个单点接地单元，减少了9个交叉互联箱或接地箱，而且优化后的交叉互联单元每段电缆的长度更平均了，更有利于减少交叉互联单元内的环流。

图2 220 kV佛藤线电缆分段及接地方式改造方案

因此，A、C相：

经查，220 kV佛藤线电缆的正常载流量最大为：I=1171A，代入公式，则：

ESO=I/2×0.240 256≈140.67 V/km

B相：

图3 220 kV佛藤线电缆分段等效图

（2）最长段单点接地的感应电压计算。

仅需要计算单段最长段金属护套的感应电压即可。在改造后的系统中，单段最长段是等效图的#9—#10段，接地方式为#9处直接接地，#10处经保护器接地，单段长为1 088 m。感应电压计算如下：

ES=L×ESO式中，ES为感应电势（V）；L为电缆金属层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离（km）；ESO为单位长度的正常感应电势（V/km）。

A、C相（回路电缆情况，假定其每回I、r均等）：

当L=1.088 km时，A、C相：ESO=140.67×1.088=153.05 V；B相：ESO=108.08×1.088=117.59 V。

经计算，在改造后单段电缆最长为1.088 km的情况下，在正常的载流量时最高感应电动势为A、C相，最大值为153.05 V，B相为117.59 V，完全满足设计规程的要求。

2.2 护层保护器的选择

根据设计规程，电缆的护层保护器应符合下列规定：

（1）可能最大冲击电流作用下护层保护器的残压不得大于电缆外护套的冲击耐压被1.4所除数值。

（2）系统短路时产生的最大工频感应过电压作用下，在可能长的切除故障时间内，护层保护器应能耐受。切除故障时间应按5 s以内计算。

（3）可能最大冲击电流累积作用20次后，护层保护器不得损坏。

B相：

其中：

式中，I为电缆导体正常工作电流（A）；ω=2πf，f为工作频率（Hz）；r为电缆金属层的平均半径（m）；S为各电缆相邻之间中心距（m）。

经查，佛藤线工程中S=0.3 m（包括上桥上敷设部分），r=0.069 m，代入公式：

系统中220 kV佛藤线电缆发生三相短路时瞬时短路电流可达为30 kA，根据可计算得到A、C相的ESO=I/2×0.240 256=3 603.84 V/km，其中最长段#9—#10段非接地端的感应电压计算值为：ESO×1.088=3 920.977 92 V。

保护器的额定电压U=Up/K，Up为短路事故中电缆中出现的工频电压最大值，即Up=Es；K为保护器工频电压配合系数，一般取1.1～1.3。

经比对，型号为BHQ-10/400的护层保护器已经能满足在短路情况下220 kV佛藤线电缆的外护套的保护，选用该型号的保护器即可。

3 结语

通过对佛山供电局220 kV佛藤线电缆金属护套交叉互联分段优化方案的研究，认为改造后的交叉互联系统在满足新版《电力工程电缆设计规范》的情况下，能够极大地减少电缆预试、检修的时间及工作量，并降低接地箱的故障率。

220 kV佛藤线电缆金属护套交叉互联分段优化改造的案例，为受旧版设计规程限制的长电缆交叉互联分段的优化改造指明了一个新的方法。保护器参数设计[J].高电压技术，2008，34（2）：355-358.

[6]查传忠.金属护层感应电压限值提高后的电缆应用探讨[J].供用电，2009，26（5）：71-73.

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[3]卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京：机械工业出版社，1999.

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[5]罗俊华，周作春，李华春，等.单芯电力电缆金属护层过电压