35kV單芯電纜鋼鎧層發(fā)熱問(wèn)題的解決方法

潘英吉， 周和平

1. 國(guó)家電網(wǎng)吉林省電力有限公司 吉林供電公司 吉林吉林 132001 2. 吉林市電力設(shè)備安裝有限公司 吉林吉林 132011

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35kV單芯電纜鋼鎧層發(fā)熱問(wèn)題的解決方法

潘英吉1， 周和平2

1. 國(guó)家電網(wǎng)吉林省電力有限公司 吉林供電公司 吉林吉林 132001 2. 吉林市電力設(shè)備安裝有限公司 吉林吉林 132011

35kV單芯鋼鎧電纜在運(yùn)行中，鋼鎧層上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與本體接地點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，電流在回路電阻上可產(chǎn)生85℃以上的高溫，直接危及系統(tǒng)安全運(yùn)行。對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了分析，結(jié)合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50217—2007，在適當(dāng)距離內(nèi)切斷電纜鋼鎧層，打開(kāi)閉合回路，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制在規(guī)定范圍內(nèi)，進(jìn)而解決了這一問(wèn)題。

電力電纜； 故障； 安全性

35kV系統(tǒng)的中性點(diǎn)通常采用不接地運(yùn)行方式，將中性點(diǎn)看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)。依據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律，在三相交流系統(tǒng)中，只有三相電流大小相等、相位角互差120°，三相電流向量之和方可等于零。對(duì)于單芯電纜與三芯一體電纜而言，在鋼鎧層上所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是不同的。三芯一體鋼鎧電纜，因三相電流之和為零，所以在鋼鎧層上產(chǎn)生的合成磁通為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。單芯電纜各自獨(dú)立運(yùn)行，在電纜鋼鎧層上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為安全運(yùn)行起見(jiàn)，電纜兩端的鋼鎧層需要接地，這樣就構(gòu)成了一個(gè)閉合回路，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，感應(yīng)電流在鋼鎧層的阻抗上會(huì)產(chǎn)生較高溫度，并影響單芯電纜的載流量[1-2]，危及人身和設(shè)備安全。因此，單芯電纜鋼鎧層接地時(shí)，需要按照GB 50217—2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]限制其回路中電流的大小。

1 接線方式

單芯電纜鋼鎧層上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與電纜線路的電流和線路長(zhǎng)度成正比，對(duì)于電纜長(zhǎng)度較短、電流偏小的線路，電纜兩端可采用星形接地方式[4-5]，如圖1所示，圖1中IA、IB、IC為35kV單芯電纜的三相電流。星形接地方式的等效電路如圖2所示[6]，圖2中EA、EB、EC為單芯鋼鎧電纜的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，RL為鋼鎧層等值電阻，Ia、Ib、Ic為流過(guò)鋼鎧層的三相感應(yīng)電流，RD為大地電阻。由于35kV系統(tǒng)的三相電流相位互差120°，且模數(shù)值相等，因此鋼鎧層上產(chǎn)生的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及在閉合回路中產(chǎn)生的三相感應(yīng)電流都是相互對(duì)稱且大小相等的?？梢?jiàn)，通過(guò)接地點(diǎn)流到大地的電流為Ia+Ib+Ic=0，即三相感應(yīng)電流沒(méi)有通過(guò)大地構(gòu)成回路，而是通過(guò)相間進(jìn)行流動(dòng)[7-9]。依據(jù)回路電流法，求得三相電流分別為：

圖1 星形接地方式

圖2 等效電路

(1)

根據(jù)GB 50217—2007，當(dāng)電流流過(guò)單芯鋼鎧電纜時(shí)，屏蔽層上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

Es=LEso

(2)

式中：L為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)兩端的有效距離，km；Eso為每1km所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V/km。

三根單芯電纜按三角形方式排列，電纜單位長(zhǎng)度電抗[3，10]為

Xo=2×10-4ωln(S/r)

(3)

式中：ω為工頻角頻率；S為電纜間中心距離，cm；r為電纜金屬層平均半徑，cm。

單芯電纜若為水平排列，GB 50217—2007中有詳細(xì)計(jì)算表達(dá)式，此處從略。

電纜每1km所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

Eso=IxlXo

(4)

式中：Ixl為線路電流。

為安全考慮，通常線路電流取最大值。GB 50217—2007中規(guī)定： 在未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不得大于50V；若采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不得大于300V。

2 實(shí)例

以城南變35kV地下單芯電纜輸電線路為例，電纜型號(hào)為YJV72-26/35-1×185mm2,電纜長(zhǎng)度為 1150m。電纜為三角形方式排列，邊長(zhǎng)中心距離S=48cm，電纜金屬層平均半徑r=7.8cm，最大電流為490A，則電纜鋼鎧層的電抗為：

Xo=2×10-4ωln(S/r)=0.0628×
ln(48/7.8)=0.114Ω

鋼鎧層上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

Es=LIxlXo=1.15×490×0.114=64.24V

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，在未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不應(yīng)超過(guò)50V。從計(jì)算結(jié)果看，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，此外，因電纜兩端接地產(chǎn)生較大環(huán)流，通過(guò)紅外測(cè)溫儀對(duì)電纜外皮測(cè)試，溫度達(dá)到85℃以上，已經(jīng)危及人身和設(shè)備的安全運(yùn)行。為減小環(huán)流，曾改變過(guò)電纜鋼鎧層的接地方式，如交叉接地、通過(guò)限流電阻接地等，但效果均不理想，因此需要采取技術(shù)措施使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)降下來(lái)。

鋼鎧層每1m所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

Em=Es/L=64.24/1150=0.0558V/m。

產(chǎn)生50V感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的距離為：

L50=E50/Em=50/0.0558=896.05m。

為保證感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不大于50V，可以在線路長(zhǎng)度896.05m處將鋼鎧層斷開(kāi)，但剩余長(zhǎng)度約為254m，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為14.24V，顯然兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不相等。當(dāng)剩余長(zhǎng)度小于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)50V的長(zhǎng)度時(shí)，鋼鎧層斷開(kāi)處應(yīng)選擇在這條電纜的中心處，這樣鋼鎧層兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是相等的，即均為32.12V，并滿足感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不大于50V。在電纜生產(chǎn)廠家的配合下，對(duì)鋼鎧層斷開(kāi)處的兩端做好防水和絕緣包扎，并做好接地點(diǎn)，如圖3所示。

圖3中，Ⅰ段電源側(cè)鋼鎧層采用星形接地，在鋼鎧層斷開(kāi)處的左側(cè)采用電壓保護(hù)接地，作用是防止感應(yīng)雷擊危及電纜運(yùn)行安全。電壓保護(hù)裝置由避雷器閥片制作而成，在鋼鎧層電壓超過(guò)限值時(shí)動(dòng)作，可將過(guò)電壓能量對(duì)地釋放。

圖3 新型接地方式

正常運(yùn)行時(shí)，由于閥片阻值很大，可以認(rèn)為對(duì)地是開(kāi)路狀態(tài)，鋼鎧層上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有形成閉合回路，感應(yīng)電流為零，也就不會(huì)產(chǎn)生高溫，不會(huì)影響單芯電纜的載流量。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)城南變35kV出線電纜接地方式的改造，從源頭上斷開(kāi)了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與接地點(diǎn)形成的閉合回路，使回路電流等于零，電纜鋼鎧層不再產(chǎn)生溫升，即保持正常室內(nèi)或室外溫度，同時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值也被限制在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)，應(yīng)用效果良好。

對(duì)于電纜生產(chǎn)廠家而言，如果電纜在生產(chǎn)過(guò)程中能平衡并減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)至GB 50217—2007規(guī)定范圍內(nèi)，將電纜鋼鎧層逐段斷開(kāi)，并做好標(biāo)記，且可以根據(jù)需要連接或斷開(kāi)，這樣將給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)諸多方便。

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[2] 吳薛紅,濮天偉,廖德利.防雷與接地技術(shù)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[3] 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范： GB 50217—2007[S].

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(編輯： 啟 德)

During operation of 35kV single core armoured cable, due to a closed loop circuit constituted by the induced electromotive force generated at the steel armor and the grounding point of the main body, the current in the loop resistance can produce more than 85℃ high temperature that may directly endanger the safe operation of the system. This problem was analyzed and solved based on national standard GB 50217—2007 by cutting off the cable armor layer within the appropriate distance to open the closed loop circuit and limit the induced electromotive force within the specified range.

Power Cable； Fault； Safety

2017年1月

潘英吉(1979— )，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事自動(dòng)化工程控制、太陽(yáng)能發(fā)電和繼電保護(hù)等工作， E-mail： 13009150955@126.com

TM726.4

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