林子翔

摘 要：推導(dǎo)出金屬護(hù)套兩端直接或交叉互聯(lián)接地，計及護(hù)套環(huán)流影響時統(tǒng)一的護(hù)套環(huán)流矩陣方程式，利用MATLAB軟件結(jié)合電纜實際運行情況，分別計算分析了負(fù)荷電流、交叉互聯(lián)電纜分段長度不均勻及交叉互聯(lián)接線錯誤對護(hù)套環(huán)流的影響，最后根據(jù)分析計算結(jié)果，結(jié)合電纜日常運行維護(hù)情況從電纜設(shè)計、施工、運行等方面分析了護(hù)套環(huán)流異常的原因及處理對策。

關(guān)鍵詞：單芯電纜 護(hù)套環(huán)流 MATLAB 計算分析

對于110 kV及以上電纜一般采用單芯結(jié)構(gòu)，其工作電流產(chǎn)生的交變磁場在金屬護(hù)套上將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。若金屬護(hù)套兩端直接接地或交叉互聯(lián)接地與大地形成通路，則在電纜金屬護(hù)套上將產(chǎn)生環(huán)流損耗，降低電纜的壽命和電纜載流量[1]。

1 金屬護(hù)套環(huán)流計算模型

電纜金屬護(hù)套兩端互聯(lián)接地的其等值電路可用圖1來表示[2]。

圖1中為電纜金屬護(hù)套的電阻；為電纜金屬護(hù)套的自感抗；和為電纜兩端的接地電阻；為大地的漏電阻。（單位V）為三相線芯電流分別在三相電纜金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓；、、（單位V）為三相護(hù)套環(huán)流、、（單位A）在三相電纜金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓；為電纜長度，單位m。由于三相電纜結(jié)構(gòu)相同，三相護(hù)套的自阻抗相同，其中：=；= =0.0000493Ω/m =；為單位長度電纜護(hù)套的電阻；為電纜護(hù)套以大地為回路時等值深度，=（m），，=50 Hz，為大地電阻率（Ω·m）；為電纜護(hù)套的直徑（m）。

2 金屬護(hù)套環(huán)流計算分析

2.1 負(fù)荷電流對環(huán)流影響

按800 mm2電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，水平排列，間距=0.25 m，兩端接地電阻均取0.5 Ω，進(jìn)行計算繪圖。圖2為交叉互聯(lián)接地（ ）時，護(hù)套環(huán)流及感應(yīng)電壓與負(fù)荷電流變化圖，可以發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電壓，護(hù)套環(huán)流均隨負(fù)荷電流增大而增大；但三相環(huán)流與負(fù)荷電流比值一直保持不變（A相： 0.808%，B相：0.511%，C相：0.570%），還不到1%。對于兩端直接接地，以=600 m計算，同樣可以得出感應(yīng)電壓，護(hù)套環(huán)流均隨負(fù)荷電流增大而增大，但三相環(huán)流與負(fù)荷電流最大比值卻一直為48.49%，所以當(dāng)電纜較短時，不建議采用兩端直接接地方式，推薦單端接地方式。

2.2 電纜分段長度不均勻?qū)Νh(huán)流影響

當(dāng)單芯電纜交叉互聯(lián)水平排列時，若交叉分段長度相等地，從理論上分析可知，3小段護(hù)套上感應(yīng)電壓相位相差120°，其相量和不為0，護(hù)套上產(chǎn)生環(huán)流。當(dāng)350 A700 時，經(jīng)計算得A，電流為2.13 A，為找出分段不均對環(huán)流影響，假設(shè)700 ，350 A，利用MATLAB進(jìn)行計算及繪圖（如圖3），從圖3中可以看到，分段越不均勻，環(huán)流就越大。綜合考慮，當(dāng)分段均勻時，三相環(huán)流與負(fù)荷電流百分比才都比較小，均為0.607 8%，此時最為合理。

2.3 交叉互聯(lián)接線錯誤對環(huán)流影響

電纜在施工或運行維護(hù)過程中，使交叉互聯(lián)接線方式發(fā)生變化，此時環(huán)流將變得很大。如圖4是典型的交叉互聯(lián)接線錯誤，如圖5是典型的相序錯誤。

對于圖4相應(yīng)得出：按800 mm2電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，水平排列，間距=0.25 m，兩端接地電阻均取0.5 Ω計算，當(dāng)=575 =590 =580 ，=350 A時，改變式（1-2）中的參數(shù)，計算得：三相環(huán)流與負(fù)荷電流百分比分別為28.42%，23.49%，21.32%；同理可以寫出圖5改變參數(shù)的環(huán)流矩陣方程式，計算得：三相環(huán)流與負(fù)荷電流百分比分別為20.999%，9.097%，9.018%。對比2.1中的正確接線方式下三相環(huán)流與負(fù)荷電流百分比增加了15～35倍。

金屬護(hù)套環(huán)流異常分析及原因?qū)Σ?/p>

根據(jù)2.1中結(jié)果分析，護(hù)套環(huán)流及感應(yīng)電壓均隨負(fù)荷電流增大而增大，但三相環(huán)流與負(fù)荷電流比值不隨負(fù)荷電流變化而變化，可以把此值作為判斷環(huán)流是否異常的依據(jù)。

根據(jù)2.2中結(jié)果分析，電纜分段不均勻?qū)ψo(hù)套環(huán)流影響非常大，因此，在電纜線路設(shè)計時，應(yīng)選擇合理的電纜路徑，盡量將交叉互聯(lián)段分段均勻；當(dāng)電纜較短時，推薦使用單端接地方式。

根據(jù)2.3中結(jié)果分析，電纜線路新投運后環(huán)流與負(fù)荷電流百分比均達(dá)到20%以上，很可能是交叉互聯(lián)接線錯誤；若有一相的百分比（20%以上）差不多是另外兩相2倍，則可能是電纜相序錯誤。均應(yīng)該再次嚴(yán)格對相并核對交叉互聯(lián)接線方式。對于已經(jīng)運行中電纜線路，可能存在幾種由間接接地變?yōu)橹苯咏拥氐那闆r：（1）護(hù)層保護(hù)器擊穿或者被短接，導(dǎo)致交叉互聯(lián)系統(tǒng)本不應(yīng)該接地，意外接地；（2）外護(hù)套老化，絕緣水平降低，出現(xiàn)多點接地；（3）外護(hù)套損傷或存在缺陷，導(dǎo)致絕緣水平降低或直接接地；（4）接地箱內(nèi)積水，導(dǎo)致交叉互聯(lián)系接地系統(tǒng)改變。

參考文獻(xiàn)

[1]馬國棟.電線電纜載流量[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]賈欣，曹曉瓏，喻明.單芯電纜計及護(hù)套環(huán)流時的載流量[J].高電壓技術(shù)，2001，27（1）：25-26.

[3]鄭肇驥，王琨明.高壓電纜線路[M].北京：水利電力出版社，1983.

[4]蘇金明，王永利.MATLAB7.0實用指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.