同通道敷設(shè)多回單芯電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流計(jì)算模型研究

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同通道敷設(shè)多回單芯電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流計(jì)算模型研究

(5219041406B9)

單芯電纜線路正常運(yùn)行時(shí)，線芯電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)將在電纜金屬護(hù)套上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，為保證維護(hù)人員的人身安全和電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行，電纜線路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行規(guī)程中均對(duì)電纜金屬護(hù)套感應(yīng)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(hù)套感應(yīng)電壓和環(huán)流的有效方法。但在電纜實(shí)際敷設(shè)過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，交叉互聯(lián)單元內(nèi)各段電纜敷設(shè)方式和段長(zhǎng)無(wú)法保證完全一致，從而時(shí)常出現(xiàn)金屬護(hù)套感應(yīng)電壓和環(huán)流過(guò)大的現(xiàn)象。護(hù)套內(nèi)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(nèi)電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流計(jì)算引起了設(shè)計(jì)和運(yùn)行人員的高度關(guān)注[1-3]。當(dāng)前關(guān)于同相并聯(lián)單芯電纜、敷設(shè)間距和段長(zhǎng)變化等對(duì)電纜護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流計(jì)算的影響，成為研究熱點(diǎn)[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(shè)成為電纜線路建設(shè)和運(yùn)行必然面對(duì)的問(wèn)題，目前尚缺乏對(duì)多回路單芯電纜線路同通道敷設(shè)時(shí)產(chǎn)生金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流進(jìn)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(gè)完整的交叉互聯(lián)單元內(nèi)出現(xiàn)排列布置方式不同、段長(zhǎng)不均勻以及多回電纜間相互影響等因素，推導(dǎo)得出同通道敷設(shè)多回路單芯電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流的計(jì)算模型。

1單回路電纜感應(yīng)電壓與環(huán)流計(jì)算模型

1.1　等值電路圖及參數(shù)說(shuō)明

圖1中參數(shù)說(shuō)明：R1、R2分別為護(hù)套首端和末端接地電阻的測(cè)量值，Re為大地漏電阻，Ω；Z0i為各段電纜護(hù)套的自阻抗(i分別取1、2、3，對(duì)應(yīng)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(yīng)電壓，V；EHAi、EHBi、EHCi為每段電纜護(hù)套感應(yīng)電流和大地漏電流引起的感應(yīng)電壓，V；ISA、ISB、ISC分別為A、B、C三相金屬護(hù)套感應(yīng)電流，A；ISE為大地漏電流，A。

圖1　單回電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)單元等值電路圖

Z0i和Re的計(jì)算可參考文獻(xiàn)[8]，此處不再贅述。

1.2　線芯負(fù)荷電流引起的護(hù)套感應(yīng)電壓

對(duì)第i段電纜，設(shè)有ni種敷設(shè)方式，則A、B、C各相電纜線芯電流在金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓分別為

(1)

式中：USAip、USBip、USCip為第i段A、B、C三相電纜對(duì)應(yīng)于第p種排列方式時(shí)對(duì)應(yīng)的線芯電流產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)；Lip為第i段電纜種的第p種排列方式時(shí)的電纜長(zhǎng)度，m。

USAip、USBip、USCip的計(jì)算可參考文獻(xiàn)[8]，此處不再贅述。

1.3　護(hù)套感應(yīng)電流與大地漏電流引起的感應(yīng)電壓

對(duì)第i段電纜，設(shè)其排列方式有ni種，則A、B、C各相電纜護(hù)套感應(yīng)電流及大地漏電流引起的金屬護(hù)套上感應(yīng)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(shí)A相與B相、B相與C相、C相與A相護(hù)套的互感抗；Xhe為大地電流對(duì)護(hù)套的互感抗，Ω；Li為第i段電纜的段長(zhǎng)，m。

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

1.4　護(hù)套環(huán)流計(jì)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(jié)合式(3)和式(4)可以建立電纜金屬護(hù)套感應(yīng)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(yīng)電壓與環(huán)流計(jì)算模型

2.1　線芯負(fù)荷電流引起的護(hù)套感應(yīng)電壓

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

2.2　多回路電纜敷設(shè)時(shí)護(hù)套感應(yīng)電流、大地漏電流引起的感應(yīng)電壓

假設(shè)多回路電纜同通道敷設(shè)時(shí)，每回電纜的第i段有ni種敷設(shè)方式，則每回電纜的A、B、C各相電纜護(hù)套感應(yīng)電流及大地漏電流引起的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓分別為

(10)

2.3　多回路電纜金屬護(hù)套環(huán)流計(jì)算

多回路電纜通道敷設(shè)時(shí)，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(hù)套上感應(yīng)電壓ESAt總、ESBt總和ESCt總的計(jì)算方式同式(4)；第t回電纜Zatat、ZbtbtZc1c1的計(jì)算方法同式(6)；Zatbt和Zbtat、Zatct和Zctat、Zbtct和Zctbt的計(jì)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(jì)算公式分別為

(12)

對(duì)式(11)而言，首先可以根據(jù)回路各相線芯電流計(jì)算出式(11)右邊金屬護(hù)套上的感應(yīng)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(hù)套環(huán)流。

3結(jié)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(shè)成為電纜線路建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)必然要面對(duì)的問(wèn)題，分析與控制通道內(nèi)各回路電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流，成為電纜線路設(shè)計(jì)和運(yùn)維人員重要的工作內(nèi)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(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流的計(jì)算過(guò)程。結(jié)合電纜線路敷設(shè)的實(shí)際情況，推導(dǎo)出多回電纜同通道敷設(shè)時(shí)金屬感應(yīng)電壓與環(huán)流的計(jì)算模型。在模型推到過(guò)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(nèi)各段段長(zhǎng)和敷設(shè)間距以及排列方式變化等因素的影響。

所推導(dǎo)得出的計(jì)算模型為關(guān)于護(hù)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(jìn)行求解。

參 考文獻(xiàn)

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[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(hù)套環(huán)流計(jì)算[J].高電壓技術(shù)，2014，40(1)：153-159.

劉科(1973)，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)方面的研究；

張亮平(1984)，工程師，從事輸電線路設(shè)計(jì)方面的研究；

溫曉舫(1968)，高級(jí)工程師，從事輸電線路設(shè)計(jì)方面的研究。

劉科1,2，張亮平2，溫曉舫2

(1.國(guó)網(wǎng)成都供電公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，四川 成都610041；

2.四川錦能電力設(shè)計(jì)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(shè)成為電纜線路建設(shè)和運(yùn)行必然面對(duì)的問(wèn)題。目前尚缺乏對(duì)多回單芯電纜線路同通道敷設(shè)時(shí)金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流進(jìn)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(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流的計(jì)算模型。結(jié)合電纜敷設(shè)的實(shí)際情況，考慮了線芯電流不平衡、交叉互聯(lián)單元內(nèi)段長(zhǎng)和敷設(shè)間距以及排列方式不同等因素的影響，推導(dǎo)出多回電纜同通道敷設(shè)時(shí)金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與環(huán)流的計(jì)算模型。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)涡倦娎|；交叉互聯(lián)單元；感應(yīng)電壓；護(hù)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(jiǎn)介：

基金項(xiàng)目：四川省電力公司2015年群眾性創(chuàng)新科技項(xiàng)目

中圖分類(lèi)號(hào)：TM247

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-6954(2016)01-0023-03