張玉佳

　?。▏?guó)網(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(huì)形成兩點(diǎn)或多點(diǎn)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(yùn)行維護(hù)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的電纜線路，取線路參數(shù)，建立仿真計(jì)算模型，通過仿真計(jì)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(duì)稱情況下感應(yīng)環(huán)流的大小，驗(yàn)證故障相的數(shù)量與感應(yīng)環(huán)流大小的對(duì)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(diǎn)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(diǎn)可靠接地是電纜安全運(yùn)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(yùn)行時(shí)一端接地，但是由于電纜在安裝、運(yùn)行后可能造成外絕緣損傷，形成多點(diǎn)接地，導(dǎo)致環(huán)流增大，將造成很大的電能損耗，也對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，對(duì)運(yùn)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(diǎn)接地的故障時(shí)環(huán)流的大小及對(duì)電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

1 ATP軟件簡(jiǎn)介

　　ATP全稱是Alternative Transient Program-EMTP，它是目前國(guó)際上計(jì)算電磁暫態(tài)現(xiàn)象以及電機(jī)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(diǎn)導(dǎo)納矩陣。采用優(yōu)化節(jié)點(diǎn)編號(hào)技術(shù)和稀疏矩陣算法，以節(jié)點(diǎn)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(jì)算允許對(duì)稱或不對(duì)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(jì)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(zhǎng)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(hù)器接地的一端在仿真時(shí)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(hù)套多點(diǎn)接地仿真計(jì)算

　　3.1 三相電纜首端接地、末端開路情況下發(fā)生一點(diǎn)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(shí)，環(huán)流比大小與故障點(diǎn)距首端接地點(diǎn)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(diǎn)故障接地

　　假設(shè)三個(gè)故障點(diǎn)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(diǎn)故障接地、B相b點(diǎn)故障接地、C相c點(diǎn)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(qiáng)的規(guī)律性，重點(diǎn)研究實(shí)際可測(cè)的IA0、IB0、IC0，按幅值從小到大簡(jiǎn)化為①～⑨類，列于表3中。

　　當(dāng)三相電纜正常運(yùn)行，即護(hù)套沒有故障點(diǎn)接地時(shí)，接地線上仍有電流，IA0、IB0、IC0幅值均為2.8 A，此時(shí)雖有感應(yīng)電勢(shì)但沒有感應(yīng)電流，可知各相護(hù)套上的電容電流幅值為2.8 A。

4 結(jié)論

　　通過仿真計(jì)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(hù)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(duì)稱性決定各相地位等價(jià)；(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(dāng)故障ABC、CAB、BCA發(fā)生，單獨(dú)分析A相，發(fā)現(xiàn)其單點(diǎn)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。

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