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同通道敷設多回單芯電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流計算模型研究

(5219041406B9)

單芯電纜線路正常運行時，線芯電流產(chǎn)生的交變磁場將在電纜金屬護套上產(chǎn)生感應電壓，為保證維護人員的人身安全和電纜安全穩(wěn)定運行，電纜線路的設計和運行規(guī)程中均對電纜金屬護套感應電壓的幅值做出限制。電纜采用交叉互聯(lián)接地方式成為有效控制金屬護套感應電壓和環(huán)流的有效方法。但在電纜實際敷設過程中，由于現(xiàn)場條件的限制，交叉互聯(lián)單元內各段電纜敷設方式和段長無法保證完全一致，從而時常出現(xiàn)金屬護套感應電壓和環(huán)流過大的現(xiàn)象。護套內產(chǎn)生的環(huán)流不僅造成能量損耗，還將影響電纜線路的載流量和電纜壽命。因此交叉互聯(lián)單元內電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流計算引起了設計和運行人員的高度關注[1-3]。當前關于同相并聯(lián)單芯電纜、敷設間距和段長變化等對電纜護套感應電壓與環(huán)流計算的影響，成為研究熱點[4-10]。隨著城市電纜通道資源的日益緊缺，多回路電纜同通道敷設成為電纜線路建設和運行必然面對的問題，目前尚缺乏對多回路單芯電纜線路同通道敷設時產(chǎn)生金屬護套感應電壓與環(huán)流進行研究。下面從單回路電纜交叉互聯(lián)單元等值電路出發(fā)，考慮電纜在一個完整的交叉互聯(lián)單元內出現(xiàn)排列布置方式不同、段長不均勻以及多回電纜間相互影響等因素，推導得出同通道敷設多回路單芯電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流的計算模型。

1單回路電纜感應電壓與環(huán)流計算模型

1.1　等值電路圖及參數(shù)說明

圖1中參數(shù)說明：R1、R2分別為護套首端和末端接地電阻的測量值，Re為大地漏電阻，Ω；Z0i為各段電纜護套的自阻抗(i分別取1、2、3，對應交叉互聯(lián)的第1、2、3段電纜)，Ω；ESAi、ESBi、ESCi為每段電纜線芯電流引起的感應電壓，V；EHAi、EHBi、EHCi為每段電纜護套感應電流和大地漏電流引起的感應電壓，V；ISA、ISB、ISC分別為A、B、C三相金屬護套感應電流，A；ISE為大地漏電流，A。

圖1　單回電纜金屬護套交叉互聯(lián)單元等值電路圖

Z0i和Re的計算可參考文獻[8]，此處不再贅述。

1.2　線芯負荷電流引起的護套感應電壓

對第i段電纜，設有ni種敷設方式，則A、B、C各相電纜線芯電流在金屬護套上產(chǎn)生的感應電壓分別為

(1)

式中：USAip、USBip、USCip為第i段A、B、C三相電纜對應于第p種排列方式時對應的線芯電流產(chǎn)生的感應電勢；Lip為第i段電纜種的第p種排列方式時的電纜長度，m。

USAip、USBip、USCip的計算可參考文獻[8]，此處不再贅述。

1.3　護套感應電流與大地漏電流引起的感應電壓

對第i段電纜，設其排列方式有ni種，則A、B、C各相電纜護套感應電流及大地漏電流引起的金屬護套上感應電壓分別為

(2)

式中：Xabip、Xbcip、Xacip分別為第i段電纜第p種排列方式時A相與B相、B相與C相、C相與A相護套的互感抗；Xhe為大地電流對護套的互感抗，Ω；Li為第i段電纜的段長，m。

Xabip、Xbcip、Xacip和Xhe的計算參照文獻[8]，此處不再贅述。

1.4　護套環(huán)流計算

根據(jù)圖1的等值電路可得出單回路電纜存在如下方程：

(3)

令式(3)中：

(4)

結合式(3)和式(4)可以建立電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流的矩陣方程為

(5)

上述矩陣中各系數(shù)分別為

Zaa=Zbb=Zcc=Z01+Z02+Z03+R1+R2+Re+Xhe(L1+L2+L3)

(6)

(7)

(8)

(9)

2多回路電纜感應電壓與環(huán)流計算模型

2.1　線芯負荷電流引起的護套感應電壓

假設多回路電纜同通道敷設時，每回電纜的第i段有ni種敷設方式，則A、B、C各相電纜線芯電流在金屬護套產(chǎn)生的上感應電壓的計算同式(1)所述。

2.2　多回路電纜敷設時護套感應電流、大地漏電流引起的感應電壓

假設多回路電纜同通道敷設時，每回電纜的第i段有ni種敷設方式，則每回電纜的A、B、C各相電纜護套感應電流及大地漏電流引起的金屬護套感應電壓分別為

(10)

2.3　多回路電纜金屬護套環(huán)流計算

多回路電纜通道敷設時，根據(jù)式(4)和式(8)可得出N回電纜存在如下方程。

(11)

式中：第t(t=1,2,3…N)回電纜A相、B相、C相線芯電流產(chǎn)生的金屬護套上感應電壓ESAt總、ESBt總和ESCt總的計算方式同式(4)；第t回電纜Zatat、ZbtbtZc1c1的計算方法同式(6)；Zatbt和Zbtat、Zatct和Zctat、Zbtct和Zctbt的計算方法分別依次同式(7)~式(9)。

式(11)中第t回電纜與第h回電纜之間(其中t≠h)的互阻抗的計算公式分別為

(12)

對式(11)而言，首先可以根據(jù)回路各相線芯電流計算出式(11)右邊金屬護套上的感應電壓，再根據(jù)高斯列主元素消去法即可求解出各回路電纜金屬護套環(huán)流。

3結論

在城市電纜通道資源日益緊缺的條件下，多回路電纜同通道敷設成為電纜線路建設與運行維護必然要面對的問題，分析與控制通道內各回路電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流，成為電纜線路設計和運維人員重要的工作內容。

首先根據(jù)電纜交叉互聯(lián)單元的等值電路，分析了單回路電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流的計算過程。結合電纜線路敷設的實際情況，推導出多回電纜同通道敷設時金屬感應電壓與環(huán)流的計算模型。在模型推到過程中，考慮了回路電纜線芯三相電流不平衡、交叉互聯(lián)單元內各段段長和敷設間距以及排列方式變化等因素的影響。

所推導得出的計算模型為關于護套環(huán)流的常系數(shù)線性方程組，可以采用高斯列主元素消去法進行求解。

參 考文獻

[1]牛海清,王曉兵,蟻澤沛,等.110kV單芯電纜金屬護套環(huán)流計算與試驗研究[J].高電壓技術，2005，31(8)：15-17.

[2]張全勝,王和亮,周作春.110 kV XLPE電纜金屬護套交叉互聯(lián)接地探討[J].高電壓技術，2005,31(11):71-73.

[3]王敏.10kV單相電力電纜屏蔽層的感應電壓和環(huán)流[J].高電壓技術，2002，28(5)：30-32.

[4]賈欣，喻明.三回路單芯電纜護套感應電勢的計算[J].高電壓技術，2000，26(5): 61-62 .

[5]徐欣，陳彥．單芯高壓電力電纜金屬護套感應電流的研究之一——感應電流的計算和預控[J]. 電線電纜，2010(5) ：42-46.

[6]徐欣，陳彥．單芯高壓電力電纜金屬護套感應電流的研究之二——計算程序的編制和應用[J]. 電線電纜，2010(6) ：34-37.

[7]劉英，王磊，曹曉瓏.雙回路電纜護套環(huán)流計算及影響因素分析[J].高電壓技術，2007，33(4)：143-146.

[8]鄭肇驥，王焜明．高壓電纜線路[M].北京：水利電力出版社，1983.

[9]樊友兵，趙健康，錢康，等．單芯電力電纜同相多根并聯(lián)運行方式分析與優(yōu)化[J].高電壓技術，2010，36(10)：2607-2612.

[10]田金虎，劉渝根，趙俊光，等．多回同相多根并聯(lián)高壓電力電纜電流分布及金屬護套環(huán)流計算[J].高電壓技術，2014，40(1)：153-159.

劉科(1973)，高級工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃與設計方面的研究；

張亮平(1984)，工程師，從事輸電線路設計方面的研究；

溫曉舫(1968)，高級工程師，從事輸電線路設計方面的研究。

劉科1,2，張亮平2，溫曉舫2

(1.國網(wǎng)成都供電公司電力經(jīng)濟技術研究所，四川 成都610041；

2.四川錦能電力設計有限公司，四川 成都610041)

摘要：隨著城市電纜通道資源的日益緊缺，多回電纜同通道敷設成為電纜線路建設和運行必然面對的問題。目前尚缺乏對多回單芯電纜線路同通道敷設時金屬護套感應電壓與環(huán)流進行研究。根據(jù)單芯電纜交叉互聯(lián)單元的等值電路，分析了單回路電纜金屬護套感應電壓與環(huán)流的計算模型。結合電纜敷設的實際情況，考慮了線芯電流不平衡、交叉互聯(lián)單元內段長和敷設間距以及排列方式不同等因素的影響，推導出多回電纜同通道敷設時金屬護套感應電壓與環(huán)流的計算模型。

關鍵詞：單芯電纜；交叉互聯(lián)單元；感應電壓；護套環(huán)流

Abstract：With the increasing shortage of cable channel resources in the cities, multi-circuit cables laying in the same cable channel is the inevitable problem in the construction and operation of cable lines. There is short of the researches on the calculation model of induced voltage and circulating current in metallic sheaths for multi-circuit cables laying in the same cable channel at present. According to the equivalent circuit of single-core cable with cross-bonding connection unit, the calculation model of induced voltage and circulating current in metallic sheaths is analyzed. In accordance with the actual situation of cable laying, the calculation model of induced voltage and circulating current in metallic sheaths of multi-loop cable laying in the same cable channel is deducted, considering the imbalance of conductor current and the influences of cross-bonding connection unit with different segment length, laying spacing and arrangement etc.

Key words：single-core cable; cross-bonding connection unit; induced voltage; circulating current in sheaths

(收稿日期：2015-12-07)

作者簡介：

基金項目：四川省電力公司2015年群眾性創(chuàng)新科技項目

中圖分類號：TM247

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6954(2016)01-0023-03