陳朝暉

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科技改變了人們生活的方方面面，也為整個電力系統(tǒng)帶來了翻天覆地的變化，尤其是在高壓電纜的應(yīng)用中取得了飛速的發(fā)展。高壓電纜（110kV-220kV）金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)有很好的供電可靠性，對環(huán)境的適應(yīng)力較好，以及擁有較好的美觀性，在供電系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。為了保護(hù)高壓電纜（110kV-220kV）金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的絕緣安全，通常將金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)。所以，護(hù)套換相的成功進(jìn)行，意義十分重大，有助于幫助整個系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：接地電流；高壓電纜；交叉互聯(lián)

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在電纜交叉互聯(lián)箱內(nèi)將高壓電纜金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)，是降低高壓電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的常用手段。但是因?yàn)樵趯?shí)際情況中，因?yàn)殡娎|鋪設(shè)的環(huán)境較為復(fù)雜，交叉互聯(lián)箱會受到外界因素的影響發(fā)生受潮、進(jìn)水和外力破壞等多種情況，都會對高壓電纜的金屬護(hù)套造成破壞，出現(xiàn)交叉互聯(lián)故障，從而給系統(tǒng)運(yùn)行埋下安全隱患。本文主要對110kV及以上 XLPE高壓電纜的交叉互聯(lián)故障進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析，利用ATP-EMTP電磁暫態(tài)軟件，來進(jìn)行建模操作和仿真操作，并且對在不同故障下接地電流的變化特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為之后的高壓電纜進(jìn)行故障檢測工作提供一定的依據(jù)。

一、單芯電纜的特點(diǎn)

電纜線芯與金屬護(hù)套兩者的關(guān)系就猶如是一個空心變壓器。這其中，電纜線芯所代表的角色就是變壓器的一次側(cè)繞組，那么二次側(cè)繞組就是金屬護(hù)套。當(dāng)我們在線芯中通入交變電流的時候，線芯的周圍就會相應(yīng)的產(chǎn)生一個交變磁場，如果此時金屬護(hù)套正好處在磁場當(dāng)中，那么就肯定會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在形成回路的時候就會產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，并且感應(yīng)電流會流過金屬護(hù)套。

在高壓輸電電纜中，一般情況下，110kV及以上電壓等級采用的基本都是單芯結(jié)構(gòu)。在低壓電纜中，對于35kV及以下的電壓等級，一般來說線纜都是采用三芯結(jié)構(gòu)，并且這三根線芯還呈現(xiàn)出對稱排列的結(jié)構(gòu)。在低壓電纜中，如果線芯中流過三相交流電時，并且是平衡的，那么在線芯周圍所產(chǎn)生的交變磁場基本上是沒有的，并且此時，護(hù)套上也不會產(chǎn)生三相感應(yīng)電壓，而且護(hù)套上的感應(yīng)電流非常的微弱。

在XLPE高壓電纜中，一般采用的都是單芯結(jié)構(gòu)，它的線芯只有在流過單相交流電流，并且電流較大時，才會在線芯的周圍產(chǎn)生交變磁場。一般感應(yīng)電壓的大少受到電纜的長度的影響，兩者是成正比關(guān)系的，電纜越長，電壓越大，反之，電纜越短，電壓越小。但是感應(yīng)電壓太大的話就會擊穿高壓電纜的外絕緣。所以在輸電線路過長的時候，就要采取相應(yīng)的保護(hù)措施保護(hù)線纜的外絕緣層。

二、產(chǎn)生接地電流的原理

根據(jù)以上所提到的，如果選用的高壓線路比較長，那么就可以采用金屬護(hù)套來進(jìn)行交叉互聯(lián)，這樣就可以把整個的電纜線路通過人為的方法分成許多個大段，每一個大段又被分為3個平等的小段，在每個小段的連接處裝設(shè)接地保護(hù)器，再將每一個大段進(jìn)行并聯(lián)，然后再接地。這樣就會使三相電纜對稱排列。理想狀態(tài)下，每個小段的金屬護(hù)套所產(chǎn)生的感應(yīng)電流是相同的，這樣一來，大大降低了在大段金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電流。在一些需要轉(zhuǎn)彎的特殊地段，因?yàn)槿嚯娎|無法呈三角形排列，及時對護(hù)套進(jìn)行交叉換位。因?yàn)樵诖诉^程中產(chǎn)生接地電流比較小，可以忽略不計(jì)，并不會對護(hù)套造成危害，所以也不會影響到整個高壓電纜的運(yùn)行。

三、故障分析

1.兩交叉互聯(lián)箱接線方式不同

在每個大段電纜中都會有3個小電纜，在這3小段之間，當(dāng)金屬護(hù)交叉換位的時候，因?yàn)椴煌慕徊婊ヂ?lián)箱的換位方式是不一樣的，這就使得，在被換位的3個小段的金屬護(hù)套中，至少有兩端會產(chǎn)生的感應(yīng)電流是一樣的方向，甚至還有可能出現(xiàn)三段感應(yīng)電流的方向都是一樣的，這時，每一個小段的電流無法相互中和，就會導(dǎo)致?lián)Q位失敗，從而產(chǎn)生較大的接地電流，在電纜金屬護(hù)套中將產(chǎn)生電能損耗，從而影響電纜線路輸送容量。

2.電纜接頭的絕緣隔板被擊穿

因?yàn)閮?nèi)外界因素的影響，電纜接頭的絕緣隔板會被擊穿，從而使得護(hù)套兩端的一小斷直接連接在一起，導(dǎo)致本來應(yīng)該是三段進(jìn)行交叉互聯(lián)，變成了兩端的交叉互聯(lián)，使的無法進(jìn)行換位作用，所以產(chǎn)生了較多的接地電流。

3.護(hù)層保護(hù)被擊穿

單芯電纜護(hù)層電壓限制器是一種金屬氧化物避雷器，它可以防止電芯電纜的外部護(hù)層在沖擊時被電壓損壞。保護(hù)器通常情況下是絕緣的，但是如果電纜遭到強(qiáng)雷擊時，保護(hù)套就有可能被擊穿，一旦保護(hù)套損壞，交叉互聯(lián)的三段就會失去一段感應(yīng)電流，導(dǎo)致交互聯(lián)失敗。

4.交叉互聯(lián)箱進(jìn)水

交叉互聯(lián)想通常是暴露在外的，受到外界因素的影響可能性很大，如果在下雨天，導(dǎo)致交叉互聯(lián)箱被水淹或者進(jìn)水的情況，那么電纜的金屬護(hù)套會通過水流，使的兩端完全接地，此時產(chǎn)生的接地電流非常大。

5.外界破壞因素

暴露在外的交叉互聯(lián)箱，不僅會受到自然因素的影響，也會受到一些外界未知力量的破壞，一旦破壞了交叉互聯(lián)后，就會影響整個系統(tǒng)，造成極大的安全隱患。

四、建立模型并進(jìn)行仿真分析

本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇的是應(yīng)用比較廣泛的單芯電纜，本次試驗(yàn)電纜長度為1200m，將其平均分成3個400m的小段，并且使用Bergeron模型來建立。它在建模時使用的是分布參數(shù)方法，并且利用了特征線的方法來計(jì)算波在線路的過程；再利用梯形積分，來計(jì)算線路中的暫態(tài)過程。

實(shí)驗(yàn)開始后，分別模擬了在兩個交叉互聯(lián)箱內(nèi)所有可能發(fā)生的故障情況，并且對電流的變化進(jìn)行觀察，搭建了一個交叉互聯(lián)模型，來模擬電纜正常運(yùn)行，如圖1所示。

對已經(jīng)建立的模型進(jìn)行仿真，運(yùn)行仿真軟件，得到以下所示的護(hù)套接地電流仿真圖，如圖2所示。

從系統(tǒng)正常運(yùn)行時的仿真圖可以看出，當(dāng)系統(tǒng)的交叉互聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行時，感應(yīng)電流相互中和，沒有影響。

當(dāng)一號交叉互聯(lián)箱發(fā)生單接地時，護(hù)套的接地電流在相位上變化不大，只是增大了某些幅值。但是接地箱護(hù)套的接地電流變化較大，在幅值和相位上都有很大變化。如圖3和圖4所示。

由仿真圖可以看到，發(fā)生故障時，兩相護(hù)套的接地電流變化十分明顯，相位和正常運(yùn)行時候的相位相比也有明顯的不同。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)交叉互聯(lián)錯誤時，和護(hù)套出現(xiàn)接地故障是不一樣的。但是護(hù)套交叉互聯(lián)發(fā)生連線錯誤時，不能中和每個小段上產(chǎn)生的感應(yīng)電流，就會被疊加到最終被檢測的接地電流上，所以導(dǎo)致護(hù)套的電流幅度增高。

同理，對2號交叉互聯(lián)箱進(jìn)行各種故障的仿真。2號箱在發(fā)生交叉互聯(lián)箱故障時，和一號箱一樣，電流變化發(fā)生了一樣的趨勢，并且也發(fā)生了相同的接地電流變化，只是兩者在具體的數(shù)值上有些許的不同，如圖5所示。

從上述仿真實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果來看，接地電流的實(shí)際變化和我們進(jìn)行的理論分析的結(jié)果是相同的，通過分析不同的故障發(fā)生時接地電流的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在發(fā)生不同故障時，接地電流也表現(xiàn)出不同的明顯特征，見表1。

結(jié)語

隨著中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的浪潮，高壓電纜在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，為保護(hù)XLPE高壓電纜絕緣安全，通常采用將金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)，因此，護(hù)套換相成功對系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行有積極意義。本文提出了基于高壓電纜（110kV-220kV）金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)交叉互聯(lián)故障分析，設(shè)計(jì)了一套故障分析仿真模型，它不需要改動原有的電纜，只要利用高壓電流傳感器就可以，并且還能使系統(tǒng)正常的運(yùn)行。通過建立一套仿真模型，不斷的進(jìn)行仿真模擬，觀察在發(fā)生不同的故障時，接地電流有什么不一樣的變化，根據(jù)不同的變化來分析故障所屬的類型。希望可以為以后的高雅電纜的故障檢測提供一種新的方法和依據(jù)，也希望可以幫助我國電網(wǎng)更好地建設(shè)，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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