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摘 要：本文基于ATP-EMTP建立110kV电力电缆交叉互联分段模型，分析交叉互联分段3小分段不同长度情况下金属外护套的环流大小，通过合理分段范围从设计角度有效控制环流引起的线路损耗。
关键词：ATP-EMTP；金属外护套环流；交叉互联分段
引 言
随着城市发展建设速度加快，有效合理利用城市土地，提高城市土地利用率，美化城市上空，电网架空线落地改电缆线路首当其冲，高压电力电缆愈来愈多的运用于城市输电网络中。根据规范要求交流单芯电力电缆金属套上应至少在一端直接接地，在高压电力电缆设计中常用的接地方式为交互互联两端直接接地[13]。由于现场条件限制及后期改造施工，很难保证交叉互联小分段长度相等，且因敷设方式规则，金属外护套中产生的环流将增加线路损耗，减少电缆传输容量，缩短电缆寿命。根据电力设备预防性试验规程要求：单回路敷设电缆线路，一般不大于电缆负荷电流值的10%[11]，本文通过ATP-EMTP软件建模分析不同分段长度下金属外护套环流值得大小，为工程中采用交叉互联接地的分段长度作为参考。
EMTP线路模型建立
模型采用了ATPDraw可视化窗口建立，该软件提供电力系统各种元件的图符，点击图符，既可以输入有关参数[1]。
图1 交叉互联接地
（1-电缆终端；2-中间接头；3-绝缘接头；4-护层电压限制器）
根据交叉互联接地，本文提取其中1个单元作为研究对象建立交叉互联ATP-EMTP模型：
图2 ATP-EMTP交叉互联模型
该模型电缆参数选用广东岭南电缆FY-YJLW03-Z-64/110kV-800mm2单芯扇形分割电缆，设置标准3小分段，外护套采用ABC-CAB-BCA换相，电缆敷设形式采用水平排列，电缆中间间距300mm。电缆元件模型设置参数如下：
图3 LCC元件电缆参数表
交叉互联金属护套环流分析
本文模拟在主芯电流相同情况不同交叉互联长度及不同交叉互联小分段时金属外护套的感应电流值大小。
表1 交叉互联小分段800m时，单分段不同差值数据表
最大分段差值 | 交叉互联小分段长度（m） | 主芯相序 | 主芯电流(A) | 金属外护套电流(A) | 长度百分比 | 金属外护套与主芯电流对比 | ||
第一段 | 第二段 | 第一段 | 第二段 | |||||
0 | 800 | A | 569 | 9 | 6 | 100% | 2% | 1% |
800 | B | 569 | 12 | 8 | 100% | 2% | 1% | |
800 | C | 569 | 12 | 9 | 100% | 2% | 2% | |
50 | 800 | A | 569 | 9.5 | 11 | 100% | 2% | 2% |
750 | B | 569 | 15 | 8 | 94% | 3% | 1% | |
800 | C | 569 | 8.5 | 15.5 | 100% | 1% | 3% | |
100 | 800 | A | 569 | 23 | 25 | 100% | 4% | 4% |
700 | B | 569 | 27 | 16 | 88% | 5% | 3% | |
800 | C | 569 | 14 | 28 | 100% | 2% | 5% | |
150 | 800 | A | 569 | 38 | 40 | 100% | 7% | 7% |
650 | B | 569 | 41 | 25 | 81% | 7% | 4% | |
800 | C | 569 | 24 | 43 | 100% | 4% | 8% | |
200 | 800 | A | 569 | 53.5 | 56 | 100% | 9% | 10% |
600 | B | 569 | 57 | 36 | 75% | 10% | 6% | |
800 | C | 569 | 34 | 58 | 100% | 6% | 10% | |
250 | 800 | A | 569 | 70 | 73 | 100% | 12% | 13% |
550 | B | 569 | 73 | 49 | 69% | 13% | 9% | |
800 | C | 569 | 45 | 75 | 100% | 8% | 13% | |
表2 交叉互联小分段600m时，单分段不同差值数据表
最大分段差值 | 交叉互联小分段长度（m） | 主芯相序 | 主芯电流(A) | 金属外护套电流(A) | 长度百分比 | 金属外护套与主芯电流对比 | ||
第一段 | 第二段 | 第一段 | 第二段 | |||||
0 | 600 | A | 569 | 7 | 4 | 100% | 1% | 1% |
600 | B | 569 | 9 | 6 | 100% | 2% | 1% | |
600 | C | 569 | 9 | 6 | 100% | 2% | 1% | |
50 | 600 | A | 569 | 14 | 16 | 100% | 2% | 3% |
550 | B | 569 | 18 | 10 | 92% | 3% | 2% | |
600 | C | 569 | 9.5 | 19 | 100% | 2% | 3% | |
100 | 600 | A | 569 | 34 | 36 | 100% | 6% | 6% |
500 | B | 569 | 36 | 23 | 83% | 6% | 4% | |
600 | C | 569 | 21 | 38 | 100% | 4% | 7% | |
150 | 600 | A | 569 | 55 | 57 | 100% | 10% | 10% |
450 | B | 569 | 57 | 38 | 75% | 10% | 7% | |
600 | C | 569 | 35 | 58 | 100% | 6% | 10% | |
200 | 600 | A | 569 | 77 | 79 | 100% | 14% | 14% |
400 | B | 569 | 79 | 51 | 67% | 14% | 9% | |
600 | C | 569 | 50 | 80 | 100% | 9% | 14% | |
250 | 600 | A | 569 | 101 | 104 | 100% | 18% | 18% |
350 | B | 569 | 104 | 67 | 58% | 18% | 12% | |
600 | C | 569 | 65 | 104 | 100% | 11% | 18% | |
表3 交叉互联小分段800m时，两分段不同差值数据表
最大分段差值 | 交叉互联小分段长度（m） | 主芯相序 | 主芯电流(A) | 金属外护套电流(A) | 长度百分比 | 金属外护套与主芯电流对比 | ||
第一段 | 第二段 | 第一段 | 第二段 | |||||
200 | 800 | A | 569 | 53.5 | 56 | 100% | 9% | 10% |
600 | B | 569 | 57 | 36 | 75% | 10% | 6% | |
800 | C | 569 | 34 | 58 | 100% | 6% | 10% | |
250 | 800 | A | 569 | 70 | 73 | 100% | 12% | 13% |
550 | B | 569 | 73 | 49 | 69% | 13% | 9% | |
800 | C | 569 | 45 | 75 | 100% | 8% | 13% | |
200 | 800 | A | 569 | 52 | 43 | 100% | 9% | 8% |
600 | B | 569 | 37 | 42 | 75% | 7% | 7% | |
700 | C | 569 | 32 | 59 | 88% | 6% | 10% | |
250 | 800 | A | 569 | 68 | 55 | 100% | 12% | 10% |
550 | B | 569 | 48 | 59 | 69% | 8% | 10% | |
650 | C | 569 | 49 | 77 | 81% | 9% | 14% | |
表4 线路总长2400m时，三分段不同差值数据表
最大分段差值 | 交叉互联小分段长度（m） | 主芯相序 | 主芯电流(A) | 金属外护套电流(A) | 长度百分比 | 金属外护套与主芯电流对比 | ||
第一段 | 第二段 | 第一段 | 第二段 | |||||
0 | 800 | A | 569 | 9 | 6 | 100% | 2% | 1% |
800 | B | 569 | 12 | 8 | 100% | 2% | 1% | |
800 | C | 569 | 12 | 9 | 100% | 2% | 2% | |
100 | 850 | A | 569 | 18 | 19 | 106% | 3% | 3% |
750 | B | 569 | 13 | 20 | 94% | 2% | 4% | |
800 | C | 569 | 7 | 28 | 100% | 1% | 5% | |
150 | 850 | A | 569 | 35 | 37 | 106% | 6% | 7% |
700 | B | 569 | 38 | 23 | 88% | 7% | 4% | |
850 | C | 569 | 22 | 40 | 106% | 4% | 7% | |
200 | 900 | A | 569 | 42 | 37 | 113% | 7% | 7% |
800 | B | 569 | 31 | 38 | 100% | 5% | 7% | |
700 | C | 569 | 26 | 53 | 88% | 5% | 9% | |
由表1、2数据分析可知，当线路最大分段差值达25%时，线路金属外护套电流接近电缆主芯电流10%，达到“单回路敷设电缆线路，一般不大于电缆负荷电流值的10%”临界值要求；由表3数据分析可知金属外护套电流值与交叉互联分段电缆长度最大差值有关，与中间量关系不大；由表4数据分析可知，交叉互联小分段长度愈接近，金属外护套电流与主芯电流比值愈小。
交叉互联金属护套感应电压分析
金属外护套感应电压模型可以直接采用金属外护套模型，补充线路电压探针即可，根据单位长度电缆金属护套感应电压计算式[12]：
式中：I为电缆芯电流，A；GMRs为金属护套的几何平均半径，mm；S为A、B相电缆距离，mm;mS为B、C相电缆距离，mm；nS为A、C相电缆距离，mm。
FY-YJLW03-Z-64/110kV-800mm2单芯电缆通过电缆载流量计算可知：空气中敷设不受日光直射载流量为1359A，混凝土包封埋管时载流量(控制相：B相) 847 A，本文以847A为例分析不同长度下电缆外护套感应电压大小。
表5 不同分段长度时电缆外护套层感应电压
均匀分段长度（m） | 外护套相序 | 感应电压(V) | 感应电流(A) |
500 | A | 42.6∠149.1 | 8.5∠6.7 |
B | 66.0∠35.7 | 11.4∠-107.4 | |
C | 66.3∠-98.3 | 11.9∠119.2 | |
650 | A | 55.6∠148.9 | 10.7∠4.5 |
B | 85.9∠35.3 | 14.5∠-109.42 | |
C | 86.5∠-98.7 | 15.2∠117 | |
800 | A | 68.6∠148.7 | 12.9∠2.7 |
B | 105.9∠35.0 | 17.5∠-111.0 | |
C | 106.7∠-99.0 | 18.3∠115.2 |
由表5数据分析可知，在线芯电流相同的情况下，电缆分段长度越长，电缆金属外护套感应电压越大,金属外护套的环流值也越大。
电缆分段长度确定
按照金属护套环流不应超过电缆线芯电流10%的规定[11],结合二、三节中表1、2、3、4、5的数据分析，电缆分段长度不应以三段电缆长度差值估计金属外护套环流值大小，而应该结合交叉互联分段最大分段比值确定分段的临界长度，建议最大差值在20%内。
结论
在工程设计过程中，新建工程有良好的基础条件，可以优化设置电缆分段长度，尽量减少金属外护套环流对电缆能量传输损耗，可以有效的设置电缆分段长度控制电缆外护套感应电压。在改造工程中，电缆各段长度差和排列方式都会影响护套环流[10],设计人员不应单独就分段差值来考虑电缆分段长度，应结合整个交叉互联段电缆最大长度值来确定迁改方案是否合理。建议交叉互联段电缆最大差值不超过20%。
参考文献
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