詹承海

（福州電力設(shè)計(jì)院有限公司）

0 引言

在現(xiàn)代城市建設(shè)與發(fā)展的過程中，電力電纜的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，縱觀未來的發(fā)展趨勢(shì)，其應(yīng)用前景十分可觀。且在電信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)不斷發(fā)展的環(huán)境下，電力電纜在城網(wǎng)供電中的重要性逐漸提高，已成為當(dāng)前人們生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分?，F(xiàn)階段，我國(guó)大部分城市在新建線路中，常采用架空線路與電纜結(jié)合的方式，逐步入地。而在高壓電纜其采用的帶護(hù)套的電纜主要采用交聯(lián)聚乙烯波紋鋁護(hù)套銅芯電纜。

1 高壓?jiǎn)涡倦娎|金屬護(hù)套環(huán)流介紹

在電流與高壓?jiǎn)涡倦娏﹄娎|接觸的過程中，電纜的周圍出現(xiàn)電磁場(chǎng)，同時(shí)，其與電纜產(chǎn)生的電流大小形成正比例的關(guān)系。在該電磁場(chǎng)連在通過單芯電力電纜金屬護(hù)套的過程中，會(huì)產(chǎn)生不同等級(jí)的感應(yīng)電壓，且感應(yīng)電壓的大小與回路的排列方式、敷設(shè)方式及電纜的長(zhǎng)度有著直接的關(guān)系。在電力電纜外護(hù)套出現(xiàn)破損情況時(shí)，金屬護(hù)套的接點(diǎn)逐漸增多，進(jìn)而導(dǎo)致感應(yīng)環(huán)流形成回路，且在此基礎(chǔ)上，其損耗也進(jìn)一步增加，從而加快了電纜的絕緣老化。

2 電纜排列方式與護(hù)套環(huán)流

研究當(dāng)前國(guó)內(nèi)電纜金屬護(hù)套接地的情況，發(fā)現(xiàn)其在實(shí)際接地的過程中，采用較多的接地方式是單端接地與交叉互聯(lián)這兩種。每一種接地方式的應(yīng)用環(huán)節(jié)與應(yīng)用效果均存在一定的差別。其中在信號(hào)線接地中，采用單端接地的方式，就能降低低頻干擾，常用于以下三種情況：（1）使用靜態(tài)屏蔽；（2）傳送模擬信號(hào)；（3）不允許安裝等電位導(dǎo)體。一般在電纜中，若其兩端是相互獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，應(yīng)用兩端接地的方式，如果是同一個(gè)系統(tǒng)，采用單端接地更為合適?？梢越Y(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的接地方式。當(dāng)原有的電纜護(hù)套產(chǎn)生破裂時(shí)，不僅會(huì)出現(xiàn)金屬護(hù)套交互互聯(lián)接地方式分布較為分散的情況，造成金屬護(hù)套環(huán)流，還會(huì)進(jìn)一步增加電纜損耗，給電纜的正常使用造成極大的負(fù)面影響。

通常情況下，電纜排列方式應(yīng)用較多的有豎直排列、直角三角形排列與水平排列這三種。每一種電纜應(yīng)用的排列方式均不相同。在不等長(zhǎng)分段電纜中，針對(duì)長(zhǎng)度較短的電纜，采用感應(yīng)電壓大的豎直與水平排列方式較為合適，這是因?yàn)檫@兩種排列方式在實(shí)際應(yīng)用中可以降低大段金屬護(hù)套感應(yīng)電壓。而較長(zhǎng)的電纜適用于感應(yīng)電壓小的三角形排列方式。通過科學(xué)、合理地選取各小段排列方式，平衡電纜長(zhǎng)度差形成的感應(yīng)電壓差，進(jìn)而降低護(hù)套環(huán)流。在電纜位置不變的情況下，進(jìn)行交叉互聯(lián)，護(hù)套兩端接地。

上述內(nèi)容中的三種電纜排列方式的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓必須符合要求，直角三角形電纜排列方式的金屬護(hù)套環(huán)流比另外兩種電纜排列方式要高，且金屬護(hù)套的損耗也是最大的；電纜水平排列方式與直角三角形排列方式的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓完全相反，其金屬護(hù)套環(huán)流最小，且損耗也最低。如表1，為不同排列方式下單段金屬護(hù)套感應(yīng)電壓。從表1能夠明確看出，金屬護(hù)套感應(yīng)電壓在水平與豎直這兩種電纜排列方式中更接近，1km電纜護(hù)套感應(yīng)電壓差值不超過2V。而究其根本原因，可以參考圖1排管中的電纜排列方式，當(dāng)排管的水平距離 （230mm）略小于垂直距離（240mm）時(shí)，水平排列與豎直排列方式的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓出現(xiàn)明顯的差異［1］。因此，可以將豎直與水平這兩種排列方式看成同一種排列，具體而言，豎直排列方式的環(huán)流估算公式也可以應(yīng)用在水平排列方式中。同時(shí)，從表1還可以看出，當(dāng)電纜芯電纜相同的情況下，單位長(zhǎng)度電纜護(hù)套感應(yīng)電壓，且直角三角形排列方式的感應(yīng)電壓明顯低于水平排列方式的感應(yīng)電壓。

表1 不同排列方式下單段金屬護(hù)套感應(yīng)電壓

根據(jù)圖1可知，在排管中，高于110kV等級(jí)的高壓電纜的排列方式是直角三角形、豎直與水平這三種排列方式的可能性最大。此外，不同的電纜排列方式對(duì)金屬護(hù)套環(huán)流的影響也不相同，其中三角形排列方式下的金屬護(hù)套環(huán)流產(chǎn)生的影響要高于另外兩種排列方式。

圖1 排列方式

3 計(jì)算實(shí)例

以某市電網(wǎng)110kV電纜為例，不同情況下的電流護(hù)套感應(yīng)電壓值進(jìn)行計(jì)算，為了確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在計(jì)算中N－1是最不利情況，必須對(duì)其進(jìn)行充分的考慮。在該城市中，每條電纜線路可以帶兩臺(tái)容量均為50的變壓器，該線路在運(yùn)行過程中，線芯電流為750A。在該城市的新建線路中，其電纜主要采用的是交聯(lián)聚乙烯波紋鋁護(hù)套銅芯電纜，表2為電纜參數(shù)。

表2 電纜參數(shù)表 （單位：mm）

模型可以參考三段電纜交叉互聯(lián)接地，對(duì)間距、排列與分段長(zhǎng)度均不相同的情況下的交叉互聯(lián)兩端金屬護(hù)套感應(yīng)電壓進(jìn)行計(jì)算。因交叉互聯(lián)兩端都是直接接地，故其兩端感應(yīng)電壓給金屬護(hù)套環(huán)流大小造成直接的影響。因此，在計(jì)算交叉互聯(lián)段的環(huán)流的過程中，可以參考以下兩個(gè)計(jì)算條件：（1）交叉互聯(lián)的一端接入隧道內(nèi)接地網(wǎng)，0.6Ω為其接地電阻數(shù)值，根據(jù)鋁護(hù)套電阻R＝2.83×10－8L／S＝2.83×10－8×1500／0.001413＝0.03Ω，該端的電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓計(jì)算結(jié)果詳見表3。（2）一端接入變電站共接地網(wǎng)，其接地電阻的數(shù)值為0.13Ω。

表3 感應(yīng)電壓的計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表3，可以發(fā)現(xiàn)電纜間距、排列方式以及電纜分段長(zhǎng)度對(duì)交叉互聯(lián)電纜金屬護(hù)套兩端感應(yīng)電壓的影響最大。當(dāng)電纜分段長(zhǎng)度不均勻的情況下，金屬護(hù)套兩端感應(yīng)電壓較大，而水平和垂直這兩種排列方式下的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓明顯高于品字排列方式。在電纜間距較大的情況下，金屬護(hù)套兩端感應(yīng)較高，相反，當(dāng)電纜間距較小的情況下，其電壓較低。即使在電纜分段均勻的情況下，垂直與水平電纜排列方式下的金屬護(hù)套仍會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)流，且隨著環(huán)流的增大，其損耗也在不斷增大。而在品字形排列方式下的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓，只有確保分段的均勻性，其產(chǎn)生的環(huán)流很小，甚至還出現(xiàn)為 “0”的情況。因此，根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致金屬護(hù)套感應(yīng)電壓過大的主要原因是電纜間距過大、電纜排列方式不優(yōu)與分段不均勻這三種原因。

4 混合排列方式對(duì)金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響

在110kV分段不均勻的情況下，交叉互聯(lián)兩端接地電纜在與線芯電流接觸的過程中，其電流接近700A。表4為對(duì)不同排列方式進(jìn)行組合后，對(duì)護(hù)套環(huán)流產(chǎn)生的影響。從表4可以得知，混合排列方式2對(duì)護(hù)套環(huán)流產(chǎn)生的影響最大，其感應(yīng)電壓可增加到近兩倍［2］。而第一種混合排列方式下的金屬護(hù)套環(huán)流及其部分回路環(huán)流低于任意一種單一的排列方式，比如三角形、水平，基于此，推薦混合排列方式1。因此，在面臨施工條件有限的情況下，或在對(duì)電量進(jìn)行改造后出現(xiàn)三段電纜分段不均勻的問題時(shí)，在排列較短的電纜中，可以采用水平與豎直這兩種排列方式，進(jìn)而建設(shè)金屬護(hù)套的環(huán)流，而較長(zhǎng)的電纜可采用直角三角形排列方式。

表4 不同排列方式對(duì)不均勻分段電纜環(huán)流的影響

5 結(jié)束語

綜上所述，為降低電纜排列方式對(duì)金屬護(hù)套兩端感應(yīng)電壓的影響，應(yīng)當(dāng)基于實(shí)際情況，科學(xué)合理選擇排列的方式，避免感應(yīng)電壓過大。針對(duì)較長(zhǎng)的電纜，可以采用水平與豎直這兩種排列方式，而較短的電纜，可以采用直角三角形排列方式，降低其兩端的感應(yīng)電壓。