高压单芯电缆护层接地方式的研究与应用.pdf
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1、0引言高压单芯电缆被广泛应用于输电线路、变电站及工业和商业建筑等领域,传输和分配大量的电能1,在电力系统中起着重要的作用。然而,高压单芯电缆的护层由于老化、火灾、机械损坏等多种原因,可能会发生接地故障,对电力系统的安全性和稳定性产生负面影响。因此,研究和应用高压单芯电缆护层的接地方式成为当今电力工程领域的一个重要课题。曾含等2基于优化包覆层结构,提出高压单芯电缆暂态热路建模方法,将复杂的 3层结构统一化处理,并通过实验获取热容和热阻参数。王航等3进行波纹金属护套高压单芯电缆线芯护层互感的研究,使用比奥萨伐尔定律解算高压电缆线芯电流的磁感应强度,运用高斯定理求解波纹护套截面的磁通量;建立环形纹和
2、螺纹护套的参数方程,并确定内外曲面作为磁通量积分边界,推导出线芯与波纹护套互感和等效直径方法误差的解析公式。刘日朗4采用电磁暂态计算软件(ATP-EMTP)进行输电电缆护层多点接地故障研究,使用仿真软件模拟电缆护层多点接地故障及其他故障情况,比较不同因素对护层环流值产生的影响。电力系统规划不断扩大,对电气化专用电缆的需求越来越大,电缆作为电力系统中的重要组成部分,是电气绝缘组合电气设备开关柜的进出线,也是电力系统输电、配电导线。由于电力系统中变电低压设备主要采用全封闭组合电气设备,所有线路导线全部采用高压单芯电缆,而且高压单芯电缆成本低、高压耐受性能强,具有普通电缆不可代替的优势,因此得到广泛
3、应用和批量化生产。然而,高压单芯电缆在电力系统中的大量应用带来了许多新的故障,如单线接地故障、高压单芯电缆护层套被烧融、高压单芯电缆终端头被击穿等,电缆金属护层的保护功能无法充分发挥,严重威胁电力系统巡视查验人员的生命安全。经查验,出现这些现象的主要原因在于高压单芯电缆护层的接地方式不合理。现行的接地方式仍沿用普通电缆接地方式,为两端分别并联接地,这种方式在实际应用中不仅电缆护层感应电势较大,而且电缆接地故障率较高。高压单芯电缆作为电力系统中的变电专用电缆,具有一定的特殊性,普通电缆护层接地方式并不适用于高压单芯电缆,因此需要研究一套新的接地方式,本文为此进行高压单芯电缆护层接地方式的应用研究
4、。【作者简介】周国威,女,吉林舒兰人,任职于国网冀北电力有限公司张家口市崇礼区供电分公司,工程师,研究方向:配电网规划建设及输配电运行维护;方可,男,辽宁法库人,任职于张家口职业技术学院,研究方向:电力电子技术在输配电网中应用。【引用本文】周国威,方可.高压单芯电缆护层接地方式的研究与应用 J.企业科技与发展,2023(9):60-63.高压单芯电缆护层接地方式的研究与应用周国威1,方可2(1.国网冀北电力有限公司张家口市崇礼区供电分公司,河北 张家口 076350;2.张家口职业技术学院,河北 张家口 075051)摘要:传统方式在高压单芯电缆护层接地中的应用效果不佳,不仅护层感应电势超出规
5、定值,而且电缆接地故障频发,无法达到预期的接地效果。文章提出一种高压单芯电缆护层接地方式,计算高压单芯电缆护层感应电势,对于电势低于规定值的情况,采取直接接地或交叉互联方式接地;对于电势高于规定值的情况,对电缆护层采取电压限制,并在电缆另一端护层增设保护器,抵制电缆护层的感应电势。实验证明,应用该设计方式的电缆护层感应电势低于规定值,而且电缆接地故障率低于0.01%,该设计方式在高压单芯电缆护层接地方面具有良好的应用前景。关键词:高压单芯电缆;护层接地方式;感应电势中图分类号:TU856文献标识码:A文章编号:1674-0688(2023)09-0060-04周国威,方可.高压单芯电缆护层接地
6、方式的研究与应用企业技术实践601高压单芯电缆护层接地方式设计1.1护层感应电势计算高压单芯电缆护层接地需要满足 电力工程电缆设计规范(GB 561612020)(简称 电缆规范)中的要求:在没有任何保护措施的情况下,电缆护层上的感应电势不超过50 V5。根据规范要求,选择接地方式的依据主要是高压单芯电压护层感应电势,根据电势的实际情况确定接地方式。高压单芯电缆护层感应电势计算分为以下2种情况。(1)当高压单芯电缆敷设形式采用的是“品”字形单回路线路时,高压单芯电缆护层感应电势计算公式如下:F=e I d lnSu(1)其中:F表示高压单芯电缆护层感应电势;e表示高压单芯电缆屏蔽层与护层几何平
7、均直径;I表示高压单芯电缆导体正常工作电流;d表示高压单芯电缆护层电气通路上任意一点到直接接地处的距离;S表示高压单芯电缆相间的轴距;u表示高压单芯电缆护层的半径。(2)当高压单芯电缆敷设形式为水平铺设的单回路线路时,高压单芯电缆护层感应电势计算公式如下:F=e I d Su lnSu(2)根据高压单芯电缆实际敷设形式,利用上述公式计算出高压单芯电缆护层感应电势,为后续接地方式的选择提供依据。1.2护层电压限制高压单芯电缆护层接地形式的选取应当遵循以下原则:当线路长度小于 500 m 且能达到规范要求时,应采用一条直线或以中间的一点为基准的直线直接接地;当线路长度大于500 m,单一的直接接地
8、方法不能达到规范的要求时,水下电缆、35 kV及以下的高压单芯电缆或35 kV以上传输能力较弱的高压单芯电缆可以采用在线路两头直接接地的方式。对于长度大于500 m、电缆护层感应电势超出规定要求的线路,应将其分成相应的小段,然后在小段之间进行隔离,通过在电缆护层上安装电压限制器,对电压进行限制,以交叉互联的方式接地。当高压单芯电缆护层终端所接线路出现非破坏性原因导致的故障时,对于历史故障次数较多的终端,认定其存在严重的老化情况;对于历史故障次数较少的终端,可认定其老化问题较轻。每当出现一次故障,表示终端受到一定的电流冲击,其自身的老化速度会加快。表1为高压单芯电缆护层接地方式的故障情况。表1高
9、压单芯电缆护层接地方式故障情况历史故障因数n0n12n3n4老化情况轻微老化中度老化严重老化故障因数值12.310为对电缆护层起到保护效果,应选择合适的电压限制参数。高压单芯电缆线路应根据以下要求确定电缆护层电压限制器的参数。(1)在最大冲击电流作用下,护层电压限制器的残压K要符合以下条件:K U F(3)其中:U表示电缆护层的冲击电压。(2)护层电压限制器必须能承受因电网发生短路引起的最大工业频率感应过压,并能承受较长的断开和失效时间6,断开的时间应该在5 s内。(3)在累计施加20次最大脉动电流的情况下,护层电压限制器不会被破坏。1.3护层保护接地当高压单芯电缆护层发生接触时,感应电势可能
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