電纜金屬護套交叉互聯分段的優化研究

朱文滔

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山528200）

0 引言

因受到舊版的GB 50217—1994《電力工程電纜設計規范》中電纜金屬護層正常感應電勢容許值僅100 V的制約，以往的電纜工程設計中電纜交叉互聯系統普遍分段較短，以致帶來了一系列的問題：（1）分段過多，停電試驗工作量大；（2）中間接頭過多，增加了工程投資及施工時間；（3）埋地的交叉互聯箱、接地箱防水性能較差，箱體過多，增加了電纜線路的故障風險。

新版的GB 50217—2007《電力工程電纜設計規范》規定：交流單芯電力電纜線路的金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢最大值應滿足下列規定：（1）未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50 V；（2）除上述情況外，不得大于300 V。其與舊版最大的區別是金屬護套的允許感應電壓從100 V提高到了300 V。

本文以佛山供電局在運行的220 kV佛藤線電纜為例，研究長電纜線路的交叉互聯分段長度，目的在于利用最新的設計規范條款優化現有的電纜交叉互聯分段，使電纜線路運行維護更方便。

圖1 220 kV佛藤線電纜分段及接地方式圖

1 220 kV佛藤線電纜交叉互聯系統現狀

濕，導致保護器損壞率極高。

（3）目前的交叉互聯系統在每個周期之間無法測環流。

1.1 220 kV佛藤線概況

220 kV佛藤線電纜全長9 528 m，電纜型號為YJLW03-127/220-1×2000，全長19個中間接頭，總共有19個交叉互聯箱（或接地箱）。電纜分段長度及交叉互聯接線方式如圖1所示。

1.2 220 kV佛藤線電纜交叉互聯系統存在的問題

經過數年的運行，發現220 kV佛藤線電纜的交叉互聯系統存在以下問題：

（1）交叉互聯及接地箱數量太多，總共19個，預試工作量大，需要停電時間長，這與電網的運行可靠性相悖。

（2）交叉互聯箱及接地箱全部埋設在地下井內，防水環境惡劣。在實際開箱檢查時，即使箱內沒有直接進水也是明顯潮

2 220 kV佛藤線電纜交叉互聯系統改造方案

2.1 交叉互聯系統重新分段

（1）取消一部分交叉互聯箱或接地箱，把一些絕緣接頭改為直通接頭，分段方案如圖2所示。

如圖2所示，把#0、#2、#4、#6、#8、#10、#12、#14、#17改為直通接頭，減少了9個中間交叉互聯箱或接地箱，等效圖如圖3所示。

從等效圖可見，優化后的交叉互聯系統有兩個交叉互聯單元和五個單點接地單元，減少了9個交叉互聯箱或接地箱，而且優化后的交叉互聯單元每段電纜的長度更平均了，更有利于減少交叉互聯單元內的環流。

圖2 220 kV佛藤線電纜分段及接地方式改造方案

因此，A、C相：

經查，220 kV佛藤線電纜的正常載流量最大為：I=1171A，代入公式，則：

ESO=I/2×0.240 256≈140.67 V/km

B相：

圖3 220 kV佛藤線電纜分段等效圖

（2）最長段單點接地的感應電壓計算。

僅需要計算單段最長段金屬護套的感應電壓即可。在改造后的系統中，單段最長段是等效圖的#9—#10段，接地方式為#9處直接接地，#10處經保護器接地，單段長為1 088 m。感應電壓計算如下：

ES=L×ESO式中，ES為感應電勢（V）；L為電纜金屬層的電氣通路上任一部位與其直接接地處的距離（km）；ESO為單位長度的正常感應電勢（V/km）。

A、C相（回路電纜情況，假定其每回I、r均等）：

當L=1.088 km時，A、C相：ESO=140.67×1.088=153.05 V；B相：ESO=108.08×1.088=117.59 V。

經計算，在改造后單段電纜最長為1.088 km的情況下，在正常的載流量時最高感應電動勢為A、C相，最大值為153.05 V，B相為117.59 V，完全滿足設計規程的要求。

2.2 護層保護器的選擇

根據設計規程，電纜的護層保護器應符合下列規定：

（1）可能最大沖擊電流作用下護層保護器的殘壓不得大于電纜外護套的沖擊耐壓被1.4所除數值。

（2）系統短路時產生的最大工頻感應過電壓作用下，在可能長的切除故障時間內，護層保護器應能耐受。切除故障時間應按5 s以內計算。

（3）可能最大沖擊電流累積作用20次后，護層保護器不得損壞。

B相：

其中：

式中，I為電纜導體正常工作電流（A）；ω=2πf，f為工作頻率（Hz）；r為電纜金屬層的平均半徑（m）；S為各電纜相鄰之間中心距（m）。

經查，佛藤線工程中S=0.3 m（包括上橋上敷設部分），r=0.069 m，代入公式：

系統中220 kV佛藤線電纜發生三相短路時瞬時短路電流可達為30 kA，根據可計算得到A、C相的ESO=I/2×0.240 256=3 603.84 V/km，其中最長段#9—#10段非接地端的感應電壓計算值為：ESO×1.088=3 920.977 92 V。

保護器的額定電壓U=Up/K，Up為短路事故中電纜中出現的工頻電壓最大值，即Up=Es；K為保護器工頻電壓配合系數，一般取1.1～1.3。

經比對，型號為BHQ-10/400的護層保護器已經能滿足在短路情況下220 kV佛藤線電纜的外護套的保護，選用該型號的保護器即可。

3 結語

通過對佛山供電局220 kV佛藤線電纜金屬護套交叉互聯分段優化方案的研究，認為改造后的交叉互聯系統在滿足新版《電力工程電纜設計規范》的情況下，能夠極大地減少電纜預試、檢修的時間及工作量，并降低接地箱的故障率。

220 kV佛藤線電纜金屬護套交叉互聯分段優化改造的案例，為受舊版設計規程限制的長電纜交叉互聯分段的優化改造指明了一個新的方法。保護器參數設計[J].高電壓技術，2008，34（2）：355-358.

[6]查傳忠.金屬護層感應電壓限值提高后的電纜應用探討[J].供用電，2009，26（5）：71-73.

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[3]卓金玉.電力電纜設計原理[M].北京：機械工業出版社，1999.

[4]牛海清，王曉兵，蟻澤沛，等.110 kV單芯電纜金屬護套環流計算與試驗研究[J].高電壓技術，2005，31（8）：15-17.

[5]羅俊華，周作春，李華春，等.單芯電力電纜金屬護層過電壓