高压单芯电缆回流线的作用、选型和布置

1、高压单芯电缆回流线的作用、选型和布置齐道坤I,王绍辉2(1.电力，467001： 2.溥態方舟咨询发展，450052)摘要：高压单芯电缆当电缆载流量较大.线路较长时，其金属护层上的感应电压，可能危及生命和电网安 全。为了降低金厲护层的感应过电压，电力工程电缆设计规规定了金属护层的互联接地方式：电缆金 属护层两端直接接地、电缆金属护层交叉互联、电缆金属护层单点接地。对于带回流线的单点接地方式， 规程就回流线的选型.布置和接线方式并未做出具体说明。为此本文通过等效电路图和算例说明了回流线 的作用，通过公式推导，对是否需加回流线，及其选型和布置做出了说明，具有较高的实用价值。关键词：高压单芯电缆：单

2、点接地；回流线；选型：布置 中图分类号:TM862the Function、 Selection and Assignment of the High-voltageSingle-core CableQI Dao-kun *, WANG Shao-hui(1. Pingdingshan Electric Power Design Institutc, Pingdingshan 467001, China：2. Henan Bohui Fangzhou Consulting Development Ltd Com, Zhengzhou 450052, China：)Abstract: To th

3、e high-voltage single-core cable the induced voltage on nursing metal layer is likely to endanger the 1 ives and security of power grids when the cable carrying capacity is larger and 1 ines are longer To decrease it. code for design of cables of electric engineering has provided the grounding of th

4、e metal layer To single-point grounding with auxi1iary ground wire code doesn* t provide the specific explain to model selection assignment and connection mode of auxi 1 iary ground wire. So the paper shows the role of the back 1 ine through the equivalent circuit diagram and example, and explains t

5、he need model selection and assignment of auxi1iary ground wire through derivation of formula, has high engineering valuesKey words: High-vo 1 tage sing 1 e-core cab 1 e: Single-point ground： auxi I iary ground wire: Selection of Mode 1: Assignment0引言高压单芯电缆的截面一般由金属导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、垫层、金属 护套和外护层等组成。

6、在电缆长度和线芯截面积较大情况下，尤其是系统发生短路 故障时，感应电势可能达到很大数值，危及人身安全甚至造成电缆运行事故14,151 o为了降低 金属护层的感应过电压，电力工程电缆设计规规定了金属护层的互联接地方式：电缆金 属护层两端直接接地、电缆金属护层交叉互联、电缆金属护层单点接地。根据规程161171,线路不长且线路的正常感应电势最大值满足要求时，可采取单点接地； 当线路较长时，单点接地无法满足要求时，低压电缆可采用两端直接接地，否则采取交叉互 联接地。对于带回流线的单点接地方式，规程就回流线的选型、布置和接线方式并未做出具 体说明。为此本文通过等效电路图和算例说明回流线的作用，通过公式

7、推导，对是否增设回 流线进行判断，并对回流线的选型和布置做出说明。1 公式推导添加回流线的系统简图，如图1所示。由于两相和三相短路时短路电流不以为回路，回 流的路径较近，短路电流在金属护套上的感应电压就比较小，而且护套不接地端的对地电压 也不受地网接地电阻的影响，因此护套及保护器所受最高电压一般出现在电网单相接地故障 时（特别是当短路电流较大或地网接地电阻较大时）181191 o以下分三种情况.进行分析：Fig 1 Simplify map of the system（1）无回流线情况下：A相发生单相接地时，单相短路回路电流经过返回D点。等效电路图如下图所示:则系统短路时产生的工频感应过电压U

8、（）VAC为：Uovac =（R + RJ + j2X）Ik = IR + g + 心x 10 In-）/A（ 1）其中：R金属层单点接地处的接触电阻（Q）；金属层和间的互感应电抗（C）；R*的漏电电阻（Gkm）；D一一地中电流穿透深度；rv电缆金属层的平均半径（川）；/一一电缆线路计算长度 5）;当SVL （护层电压限制器）设置于线路中央或者设 置于两侧终端而在线路中央直接接地时，/为两侧终端之间线路长度的一半；Ik一一短路电流（匕4）, 3 = 2时、/为工作频率（处）。（2）有回流线，但回流线与电源中性线接地的地网未连通的情况下：接地电流以回流线或金属护套为回路，等效电路图如下图所示：图

9、3有回流线但与地网未连通时等效电路图Fig. 3 1:quivaIent circuit diagram with auxi1iary ground wire and not connecting with network 则系统短路时产生的工频感应过电压UOVAC为：2Uov.ac =（Rp+j2XJ_ + RgIg =（Rp+j2x 1 O4 In ）llk + 心 0（2）ps其中：Rp回流线电阻（0/加2）；Xi分别为短路电流流经金属层、回流线产生的互感应电抗（C）；s回流线至电缆导体的距离（加）；rp回流线导体的半径5 ）。（3）回流线与电源中性线接地的地网连通的情况下：接地电流一部

10、分以为回路，另一部分以回流线或金属层护套为回路。等效电路图如下图所示：图4有回流线且与地网连通时等效电路图（1）回流线有导通电流（2）回流线无导通电流Fig. 4 Equivalent circuit diagram with auxi1iary ground wire and connecting with network（l）Turn-on current in auxi I iary ground wire （2） Without turn-on current in auxi 1 iary ground wire 其中：I（通过回流线直接返回的接地电流，又称回流线的电导电流；Ip一一回

11、流线上感应电压所形成的以为回路的循环电流；Zg一一A相护套和发生接地故障的线芯以为回路的互阻抗，Z/U =Rk + 丿2x 10-4 In Zpp 回流线以为回路的自阻抗，ZPP=Rf，+RK+j2cox0-4 In rpZPAA相护套和回流线以为回路的互阻抗，+ J26?xl0-4ln-s护套上的工频感应过电压：UOVAC = hZU, + Ip）Zp,对于图4 （1）可列出方程：Uk+/p）（& +尺2）+ 匚2屛一（/。+1p）zppi = on I 7 j R + Zp/则：= L p R+R+Zppl kjjv & 十R? + iZpa、门ov.ac _ （Zm _ ZpN - ）U

12、k（ 3）/?! + /?2 + IZpp其中：&、r2回流线两端的接地电阻（0）。2 算例分析aiokv九里山电缆工程设计施工条件：釆用直埋于土壤中的单芯交联聚乙烯电缆，土壤电阻率100（。加），的漏电电阻0.0493（G）,导体电缆金属层单点接地处的接地电阻1.0。，导体电缆金属层外径87.2 mm , 电缆长度430/77,回流线离A相间距为220mm,回流线电缆参考外径16mm ,回流线电缆 电阻0.124G/Q,短路电流22.21匕4。计算结果如下：情况金属层感应电压（kV）无并行回流线23. 46有回流线，但不和地网接通2. 80有回流线，且和地网接通0.488通过计算，可以看出在

13、单相接地故障情况下，不设回流线时的过电压值达到了 24.86WV。如此高的过电压是电缆护层绝缘及保护器所无法承受的。在布置有回流线的情 况下，感应电压则下降到了 l.23kV,效果十分明显。3 回流线选型及布置通过前面的分析，是否需要添加回流线应根据公式（1）的计算结果判断：如果感应电 压超过保护器的承受围，则需要加回流线；反之则不加。对于回流线型号的选择，通过（2）式可以看出，回流线电阻在感应电压中占有相当的 比重，所以在进行回流线导体的选择时，其导体的电阻值要小于回流线自然接地电阻的 1/30。通过计算分析，回流线上的电压相对较低，一般其绝缘等级可按10kV配置。回流线 的截面则应按流过电

14、缆的系统短路电流进行选择和热稳定校验。回流线的布置要满足电力工程电缆设计规的要求，在三相电缆之间按三七开” 布置并两端接地171181 o此外经过对等效电路图的分析，可知要使回流线真正发挥作用，必 须保证：（1）回流线一端和电缆的金属护套的可靠连接；（2）回流线另一端和变压器中性 点间的可靠连接。这两点在施工过程中要格外留意。4 结论实际工程中，在不宜采用交叉互联方式，仅靠降低接地电阻又很难满足电缆单相接地 故障时的过电压保护要求时，采用单端接地并加回流线的方式，能较好的满足设计规程要求, 并因减少由于交叉互联的安装对电缆护层的破坏，从而提高了电缆线路运行的可靠性。而合 理的选择回流线的材质、

15、绝缘等级和布置方式，并确保其电气连接的正确性，则是回流线真 正起到保护作用的重要保证。参考文猷11宝星高压单芯电缆接地回流线的功能和应用J水电站机电技术.2006.29（1）： 22-23.XIE Bao-xing the Function and Applicat ion of the High-voltage Single-core CableJ.Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station. 2006,29（1）： 22-23.2 第囊.高压电缆线路M.:水利电力.19833 高压电缆选用导则S.:中国海洋.2002第辍王焜明高压电缆线路M:电力水利水电 1983.Gustavsen B, Irwin G, Mangel rod R et al. Transmission line models for the simulat ion of interaction phenomena between parallei AC an