張玉佳

　?。▏W(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院,，北京100075）

　　摘  要： 高壓電纜金屬屏蔽層絕緣損壞、發(fā)生接地故障等均會形成兩點或多點接地從而產(chǎn)生感應(yīng)環(huán)流,，研究環(huán)流大小可以指導(dǎo)電纜的運行維護,。根據(jù)實際運行的電纜線路,，取線路參數(shù)，建立仿真計算模型,，通過仿真計算,，分析故障相與非故障相環(huán)流情況，模擬電纜在三角形及三相對稱情況下感應(yīng)環(huán)流的大小,，驗證故障相的數(shù)量與感應(yīng)環(huán)流大小的對應(yīng)關(guān)系以及故障距離與感應(yīng)環(huán)流的關(guān)系,，為判別故障類型提供依據(jù)。仿真結(jié)果表明,，故障相越多,，感應(yīng)環(huán)流越大；環(huán)流的大小與故障距離成正比,。

　　關(guān)鍵詞： 高壓電纜,；多點接地；感應(yīng)環(huán)流,；接地故障

0 引言

　　高壓電纜外屏蔽層單點可靠接地是電纜安全運行的重要保證,。高壓電纜芯線在外屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通常情況下,，電纜外屏蔽層運行時一端接地,，但是由于電纜在安裝、運行后可能造成外絕緣損傷,，形成多點接地,，導(dǎo)致環(huán)流增大，將造成很大的電能損耗,，也對設(shè)備的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大的影響，對運行人員人身安全造成威脅,。本文主要研究電纜外屏蔽層發(fā)生多點接地的故障時環(huán)流的大小及對電纜安全穩(wěn)定運行的影響,。

1 ATP軟件簡介

　　ATP全稱是Alternative Transient Program-EMTP，它是目前國際上計算電磁暫態(tài)現(xiàn)象以及電機原理應(yīng)用最廣泛的數(shù)字仿真軟件之一,。ATP提供許多模型,，包括變壓器、避雷器,、電力電纜等,，它可以模擬任意結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)。ATP的基本原理是根據(jù)元件的不同特性,，建立相應(yīng)的代數(shù)方程,，常微分方程和偏微分方程，形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣,。采用優(yōu)化節(jié)點編號技術(shù)和稀疏矩陣算法,，以節(jié)點電壓為未知量,，利用矩陣三角分解求解，最后求得各支路的電流,、電壓和所消耗的功率,、能量。用此數(shù)字程序可以仿真任意結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),，分析控制系統(tǒng),、電力電子設(shè)備以及非線性元器件（如電弧和電暈）。ATP仿真計算允許對稱或不對稱的干擾,，如故障,、雷電浪涌、各種各樣的開關(guān)操作,，包括交換閥,，還支持相量網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)的計算。

　 模型的建立

　　選用的電纜為導(dǎo)體直徑18.4 mm,，絕緣厚度20.0 mm,，電纜外徑75 mm，長度500 m,，敷于地下1 ｍ,，三根電纜呈正三角形緊密排列鋪設(shè)，采用工頻110 kV三相交流電源,，系統(tǒng)功率因數(shù)為0.95,，金屬屏蔽層單端接地方式，經(jīng)保護器接地的一端在仿真時可作為開路處理,，電纜模型用ATP-Draw中專門建立電纜模型的ATP-LCC軟件建立,，在ATP中建立的模型如圖1。

3 三相電纜金屬護套多點接地仿真計算

　　3.1 三相電纜首端接地,、末端開路情況下發(fā)生一點故障接地

　　仿真條件及仿真結(jié)果列于表1,。為便于分析比較，在仿真結(jié)果中引入了“環(huán)流比(％)”,，即環(huán)流與芯線工作電流的百分比值,。

　　首端接地環(huán)流比與故障距離的關(guān)系曲線如圖2所示。

　　由圖2可見,，首端直接接地時,，環(huán)流比大小與故障點距首端接地點的距離基本成正比。

　　3.2 三相電纜首端接地,、末端開路情況下發(fā)生三點故障接地

　　假設(shè)三個故障點距離已知,，L1=L2=L3=150 m，此種情況的電纜示意圖如圖3所示,。

　　設(shè)L1=L2=L3=150 m,，其仿真條件及仿真結(jié)果列于表2,。

　　表2中故障類型“ABC”系指A相a點故障接地、B相b點故障接地,、C相c點故障接地,。

　　從表2中的27種不同的故障情況不難發(fā)現(xiàn)，故障接地線電流值有較強的規(guī)律性,，重點研究實際可測的IA0,、IB0、IC0,，按幅值從小到大簡化為①～⑨類,，列于表3中。

　　當三相電纜正常運行,，即護套沒有故障點接地時,，接地線上仍有電流，IA0,、IB0,、IC0幅值均為2.8 A，此時雖有感應(yīng)電勢但沒有感應(yīng)電流,，可知各相護套上的電容電流幅值為2.8 A,。

4 結(jié)論

　　通過仿真計算，模擬不同類型的故障得出以下結(jié)論：(1)只有故障相才有感應(yīng)電流,，正常相護套與大地沒有形成通路,，只有電容電流；(2)正三角形排列,，三相對稱性決定各相地位等價,；(3)從①到⑨，總的來說,，故障相越多,，環(huán)流值越大；(4)觀察⑨,，當故障ABC、CAB,、BCA發(fā)生,，單獨分析A相，發(fā)現(xiàn)其單點故障的故障距離依次為150 m,、300 m,、450 m，A相環(huán)流依次為4.9 A,、7.4 A,、8.7 A,，仍然與故障距離正相關(guān)；(5)通過接地線上三相電流幅值可將故障區(qū)分為①到⑨類,，每類中的三種情形又可通過分析單相故障的故障距離來區(qū)分,，為故障類型判別提供幫助。

　　參考文獻

　　[1] 蔡興波.在110 kV交聯(lián)電纜進行分支T接的嘗試[J].廣東電力,，1994(3)：65-66.

　　[2] 江日洪.交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路[M].北京：中國電力出版社,，1997.

　　[3] 鄭玉平，吳通華,，丁焱,，等．T接空載線路對短路電流影響的研究[J].云南電力技術(shù)，2005,，33(6)：24-26．

　　[4] Grounding effects of HV and MV underground cables associated with urban distribution substations[J].IEEE Transactions on PowerDelivery,，2002，17(1).

　　[5] Effects of the metal sheathed cables upon sub-stations grounding systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery,，1992,，7(3).

　　[6] 王曉兵.高壓電纜金屬護套的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2004.

　　[7] 楊光亮,，殷俊新,，樂全明.基于故障電壓序分量的超高壓線路T接測距新算法[J].電力自動化設(shè)備，2008,，9（28）：31-35.

　　[8] 鄭曉泉,，閻春雨.高壓XLPE電纜護層絕緣故障及檢測技術(shù)[J].電線電纜，2004(08).

　　[9] 陳創(chuàng)庭,，張國勝.環(huán)流法監(jiān)測XLPE電纜金屬護套多點接地[J].高電壓技術(shù),，2002.

　　[10] 李國征.電力電纜線路設(shè)計施工手冊[M].北京：中國電力出版社，2007.

　　[11] OHATA K,，TANEICHI T．The application of new technolo-gies on EHV XLPE cables[J].IEEE Transactions on PowerDelivery,，1990，5(2)：:753-759．