电缆金属护层环流的计算探究

电缆金属护层环流的计算探究

杨丰任

国网成都供电公司 四川成都 610000

摘要：文章以电缆技术护层环流的计算为研究对象，首先对电缆金属护层环流计算理论进行了简单介绍，并结合实例，对该理论进行了验证。随后分析了金属护套环流影响因素，最后提出了一些金属护套环流计算及环流限制措施，希望能够为相关研究提供一定的参考。

关键词：电缆；金属护层；环流计算

前言：在电缆输电运行的过程中，如果自身金属护套环流超标，将会对电缆的载流量造成严重地影响，加速电缆绝缘老化，还好导致金属护套持续发热，导致金属护套周围的绝缘器具的绝缘性被严重削弱，影响电缆输电运行安全。因此有必要加强对电缆技术护层环流计算的研究，将环流影响控制在合理范围内，这对保障电缆输电安全稳定运行有着重要的意义。

1. 电缆金属护层环流计算理论分析

1. 反应环流计算

一般情况下，在单端接地电缆系统中，金属护层不存在环流。而在交叉互联接地系统中，由于系统两端都处于接地状态，因此能够形成一个完整回路，最终在回路中产生环流。在实际进行交叉互联接地系统环流计算时，我们可以以系统等值电路为依据，获得网孔流方程。关于电缆金属屏蔽层阻抗，我们可以查找电缆参数表，通过计算获得。电路中的各相感应电压，我们也可以参考《城市电力电缆线路设计计算规定》（ ）中公式，通过计算获得。最后再讲获得的数值代入上述方程之中，在 的帮助下，计算得出各网孔实际电流数值。

2. 电缆金属护层回路阻抗计算

在电缆金属护层中，如果可以忽略较小的集肤效应与邻近效应的影响，并作出如下假设：电缆长度为 ，金属护层电阻为 ，单位长度大地漏电阻为 ,单位长度电缆金属护层直流电阻为 ，那么关于金属护层电阻计算，可采用以下公式： 。关于大地电阻 计算，则采用以下公式： 。

针对电缆金属护层自感 的计算，可采用以下公式： 。在该公式中， 代表的是角频率， 代表的是以大地为回路的金属护层等值深度， 则代表的是电缆金属护层的直径。

此外，值得注意的是，针对电缆金属护层互感，应分以下两种情形考虑：一是中间相感抗为 ，则有 ；二是边相感抗为 ，则有 。在上述两个公式中的 代表的是相邻电缆中心线的间距。

（三）电缆金属护层环流理论计算验证

现有某110kV交联聚乙烯电缆，截面为1000mm²，敷设深度为1600mm，电缆金属护层直流电阻 为 ,单位长度大地漏电阻 为 ，以大地为回路的金属护层等值深度 为 mm， 负荷电流为356A。交叉互联单元中，共三段电缆，它们的长度分别是 ，三项电缆处于水平排列的方式，相邻电缆之间，间距为300mm。电缆单位长度护层电阻 为 ，单位长度金属电缆护层感抗为 ，大地电阻 。从计算结果来看，采用文章提出的理论方法，得出的金属护层环流计算值与实际测量值比较接近。相较于实际测量值，计算数值稍小，究其原因在于，在计算过程中会受到电容电流的影响。当电缆长度比较短的情况下，电容电流值远比环流值要小，因此上述这种影响也可以忽略不计。

二、金属护套环流影响因素分析

一般情况下，针对 35 kV 及以下电缆，在实际接地方式，为保障电缆安全，均会采用两端接地方式。再加上这些电缆以三芯电缆为主，在正常运行时，电流会均衡流过不同电缆的电芯，而在金属护套层中，则不受磁链的影响。但针对110 kV 及以上电缆而言，则是以单芯电缆为主，这种电缆会受到感应电压的影响。当采用两端接地方式时，将会产生较大的金属护层环流。在这该电缆之中，一般会采用交叉互联接线方式。如果金属护套充分换位，此时电缆排列呈正三角形，金属护套则处于交叉互联的状态，切三小段电缆长度相等，而导体电流相位，彼此互差高达 120°，整体的幅值也处于相等状态，那么对金属护套感应电压来说，同样也会近似三相对称。在将其交叉互联后，感应电压会相互抵消，从而能够有效减轻环流的影响。

另一方面，电缆导体的负荷电流也是影响电缆金属护套环流的一大因素，从电磁理论中我们能够了解到，感应电压越大，负荷电流也会越大。与之相应的，感应电压越大，如果电缆结构、长度相同，金属护层产生的环流也就越大。 如果采用交叉互联方式进行接地，在三段护套上，感应电压相位将会互相抵消，不会产生感应电压。如果交叉互联段内电缆长度不相等，感应电压将无法相互抵消，受感应电压影响，将会出现环流。因此环流大小，还与电缆交叉互联分段的均匀性有着密切关系。 除此之外，受电缆结构参数、排列方式等因素的影响，同样也会决定电缆金属护套环流的大小。

三、金属护套环流计算及环流限制措施

现有某 220 kV 电力工程，工程采用的电缆为交联聚乙烯电缆，截面面积为2500 mm2 ，等效半径为68 mm，电缆长度为1200 m，在负荷电流不同的情况下，采用不同接线方式，计算出最大相环流数值，具体如表1所示。从表1中我们能够了解到，相较于交叉互联两端接地的金属护层环流，采用两端直接接地护套环流数值更大。因此只有在电流负荷较小、电缆长度较短的情况下，才能采用两端互联直接接地的方式。因此针对一些大型电力工程，电缆长度较长，应选择交叉互联两端接地的接线方式，如此能够有效减轻环流影响。另一方面，在接线方式不变的情况下，环流与负荷电流比值变化不大， 由此可表明，负荷电流大小不会对环流占比造成较大的影响。 除此之外，由于电缆在正是运行后，自身的长度、排列方式很难再进行改变，因此为降低环流影响，可选择加大电阻方式，有效限制环流增加。当金属护套互联时，可在接地处串联一些电阻，促使电缆金属护套的环流得到有效的降低，保障整体电缆运行的安全。

表1：电缆金属护套环流计算结果

总结：综上所述，电缆金属护层的环流会对电缆输电运行安全带来较大威胁。因此需要提高对电缆环流限制的重视，了解影响电缆环流的种种因素，并采取有效措施，降低环流对电缆输电安全带来的影响，比如可选择品字形电缆排列方式，尽可能降低相邻电缆相间间距，同时确保不同段电缆分段程度均有一致，最终将环流影响降低最低。

参考文献

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