电力电缆线路参数现场测量与分析.pdf

2 0 0 8年第 3期 No 3 2 0 08 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e & Cab l e 2 0 0 8年 6月 电力 电缆线路参数现场测量与分析 林晓 宇， 张 小敏 ( 温州 电业 局 ， 浙 江 温 州 3 2 5 0 0 0) 摘 要 ： 介绍 了金属护 套在 不 同的交叉互联接 地方式 下， 电缆线路参数 的理论计 算和实测方 法： 结合现 场试 验经 验 ， 分析 了电缆线路参数相序 电流的通路 变化对相序 阻抗 的影响 ， 探讨 电缆 线路 参数的 变化规律特点 ， 保 证 电缆 线路参数 的正确测量。 关键词 ： 电力 电缆 ； 参数 ； 交叉互联 ； 相序 阻抗和 电流 ； 测量与分析 中图分类号 ： T M 2 4 7 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 0 8 ) 0 3 _ o 0 4 2 3 Fi e l d M e as ur e m e nt a nd Ana l ys i s o f Po we r Ca bl e Par a m e t e r s L I N Xi a o v ue t a 1 ( We n z h o u E l e c t r i c i t y B u r e a u，We n z h o u 3 2 5 0 0 0，Ch i n a ) A b s t r a c t ： Th e c a l c u l a t i o n a n d me a s u r e me n t o f t h e p o we r c a bl e l l ne pa r a m e t e r s at di ffe r e n t c r o s s c o n n e c t i o n s f or g r o u nd i n g o f t h e me t a l l i c s h e a t h a r e p r e s e nt e dThe e f f e c t o f t h e v a r i a t i o n i n p h a s e s e qu e nc e c u r r e n t l o o p o n t h e ph a s e s e qu e n c e i mpe d a n c e wa s a n a l y z e d a n d t he c h a r a c t e r i s t i c s o f t he v a r i a t i o n i n c a b l e l i ne p a r a me t e r s wa s i nv e s t i g a t e d i n c o mbi n a t i o n o f fie l d t e s t i n g e x pe r i e nc e s，i n a v i e w t o e ns u r e p r o p e r me a s u r e me nt o f t he c a b l e l i n e pa r a me t e r s 、 K e y w o r ds：p o we r c a b l e；p a r a me t e r ；c r o s s c o n n e c t i o n s； p h a s e s e qu e n ce i mpe d a n c e a n d c ur r e n t ；m e a s u r e me nt a n d a n a l y s i s 0 引 言 随着 城 市 电网 的发展 和城 市环境 要 求 的不 断提 高 ， 地下敷设 的电缆 已经逐步取代架空线路而成为 电力供应 的主要 手段 。 电力 电缆线路 参 数与 电 力 电 缆 金属 护套 接地 方式 、 电缆 敷 设方 式 、 以及 电缆敷 设 的土壤 环境 等现场 实 际 因素 密切相 关 ， 因此 ， 电缆 的 出厂参数仅能作为线路参数测试 的参考值 ， 而不能 作 为系统 短 路 电流计 算 、 继 电保 护 整定 的计算 依 据 。 了解 并掌 握 电缆参 数 测量 方法 和其 规律 特点 ， 高效 、 准 确地 完成 电力 电 缆参 数 的现 场 测 量 ， 对 保 证 输 电 线 路及 时入 网运 行 、 整 定 继 电保 护参 数 具 有 重 要 的 意 义 。 1 电缆参数 的理论计算 高压 电力 电缆 的导 电线 芯 与金属 护 套有 紧密 的 电磁耦合 ， 为减小正常运行时流经金属护套的环流， 并避 免过 电压时金 属 护套感 应 电压 过高 导致 护套 绝 缘击 穿 ， 往往需 对 高 压 电缆 金 属 护 套 采 取 特 殊 的连 接和接地方式。 收 稿 日期 ： 2 0 0 7 - 0 8 1 0 作者简介 ： 林晓字( 1 9 8 0一) ， 男 ， 工程师 作者地址 ： 浙江温州市吴桥路 3 7号 3 2 5 0 0 0 1 1 电缆 金属 护套 单点 接地 的相 序 阻抗 当电缆 线路 较 短 时 ， 电力 电 缆 金 属 护套 可 以采 用 一点互 联 接地 ， 其 接地 方式 分两 种 ， 一是 电力 电缆 采用 单端 互 联接 地 ， 各相 电 力电缆换 位 交叉 ， 另一 端 通过 保 护器 接地 ； 二是 电力 电缆 中点互 联接 地 ， 各相 电力 电缆换位交叉 ， 两端通过保护器接地等方式 ， 以 消除线路正常运行 时流经金属护套 的环境 ， 降低金 属护 套感 应 电压 。 电力 电缆 金 属 护 套单 点 接 地 方 式下 ， 电缆 终 端 保 护 器在 线路 正 常运行 时 ， 呈 高阻状 态 ， 金属 护套 没 有直 接形 成 通路 电流 。 电缆 线 路 正 、 负序 的单 位 阻 抗 为 ： z = Z2 ： R c + x 1 0 4 I n ( S S 2S 3 ) 。 GMRA ( 1 ) 式 中 ， z ， z ： 分 别 为 正序 、 负序 的单 位 阻抗 ； R 为 三 相 线 芯 的平 均交 流 电阻 ； 甜 为角 频 率 ； G MR 为 各 相 线 的各 自几 何 均 距 ； S ， ， S ： ， S 。分 别 为 A B相 、 B C相 和 C A相之 间距 离 。 在 电力 电缆的金属护套单点接地方式下， 电网 发生单相接地故障时 ， 短路 电流流通 的回路 ( 简称 通 路 ) 与架 空 线 路 相 同 ， 即 在 邻 近 无 其 他 平 行 导线 时， 短路 电流 以大地作为通路 ， 流入大地 。因此 ， 电 缆 线路 的零序 阻抗 为 ： 维普资讯 2 0 0 8年第 3期 NO 3 20 08 电 线 电 缆 El e ( t r i c W i r e & Ca bl e ， ) z 。=R c+ +j 2 o J 0 “ ( 2) 式 中 ， 为 大地 的 漏 电 电阻 ； D 为 当 大地 是 故 障 电 流 回路 时 的等值 深 度 。 1 2 电缆 金属 护套 两端 互联 接 地 的相 序 阻抗 当 电缆 线路 长 度 较 长 时 ， 为避 免过 电压 引起 的 金属 护套感 应 电压 过 高 导 致 护 套 绝 缘 击 穿 ， 通 常 采 用 电缆 金属 护 套交 叉 互 联 及两 端 互 联 接 地 方 式 ， 即 电缆 金属护 套 分成 等 分 三 段 ， 各 段 通 过 互 联 箱 交 叉 互联 ， 使金 属护 套上 的感 应 电压 相互 抵 消 ， 同时将 电 缆两 端金属 护 套互 联接 地 。 当 电缆 护 套 三 个换 位 段 很好 地 连续 换 位 时 ， 护 套上 的感 应 电压是 完 全 相 互 抵 消 的 ， 金 属 护 套 内不 存 在感 应 电流 ， 电缆 线路 正 序 、 负序 电流 的通 路 与金 属护套 单 点接地 方 式相 同 ， 电缆 线路 正 、 负 序 的单 位 阻抗仍 可采 用式 ( 1 ) 计 算 。 当 电缆 金 属 护 套上 的感 应 电压 没有 完 全相 互 抵 消 时 ， 护 套 两 端 接 地 形 成 的 闭环 回路 上 产生 与 线 芯 电流 方 向相 反 的 护 套 电流 ， 并 产生 护套 损耗 ， 导 致 电缆正 序 阻抗 的 电阻增 加 ， 正 序 感抗 减小 ， 其计 算 公式 为 ： X R Z I = Z 2 = R 素 0 ( 5 。5 2S 3 ) ， 。、 瓣 ， 式 中 ， 为金 属护 套 与 芯线 的单 位 互 感 抗 ： 为 金 属护 套 的 直 流 电 阻 。对 于 电缆 线 路 参 数 的 测 试 试 验 ， 由于试 验 电流较 低 ， 电缆 金 属护 套 内感 应 电流损 耗 影 响可 以忽 略不 计 。 电力 电缆 的金 属 护 套 两 端互 联 接 地 时 ， 金属 护 套 的零 序 阻抗 比大 地 支 路 零 序 阻 抗 小 的 多 ， 短 路 电 流 通过 大地 的部 分 可 忽 略 不 计 ， 短 路 电流 全 部 以金 属 护套 作 回路 时 ， 电缆 的零 序阻抗 为 ： z。 = c R s “ ( 4) 式 中 ， G MR 为 电缆金 属护 套 的几 何半 径 。 2 电缆参数 的现场 测量 由上述 可知 ， 电缆参 数 的影 响 因素很 多 ， 应 用上 述 公式 仅是 对 电缆 线 路 参 数 粗 略 估 算 ， 其 计 算 结 果 往 往与 实 际值相 差很 大 。 因此 ， 电缆 敷设 完成 后 ， 工 程 上均要 求 开展 电缆 线路 参 数现场 测 量 。 以下将 结 合 电缆金 属 护套 两种 不 同接地 方式 下 电缆 参 数 的现 场测 量 ， 探讨 电缆 参数 的 特点 。 2 1直流 电阻 的测量 由于 电力 电 缆 的导 电线 芯 的截 面 较 大 ， 因此 电 2 0 0 8年 6月 J n i l 2 0 08 缆 直 流 电阻 尺远 小 于架 空 线 路 ， 现场 宜 采 用 双臂 电 桥 或变 压器 直 流 电 阻 测 试 仪 进 行测 量 。测 量 时 ， 末 端 三相 用截 面 足够 大 的铜 线 排 可 靠 地 短 路 连 接 ， 以 消 除末 端短 接 线 的影 响 。 2 2正 、 负序 阻抗 的测 量 线 路末 端 三相 用截 面 足够 大 的铜线 排 可靠 地短 路 连接 ， 在线 路 始端 连 接 三相 工频 电源 ， 分 别测 量各 相 的 电流 、 三相 的线 电压 和三 相总 功率 ， 测 量接 线见 图 1 。测得 三 相 的 电 压 、 电 流 ， 取 其 算 术 平 均 值 ， 并 按 下式 计算 线路 每 相公 里 的正 序 阻抗 z ： 。= 、 z 一只 ( 5 ) 式 中 ， f ， 分别 为 三 相 线 电 压 和 电 流平 均 值 ； L为 线 路 长度 ； 尺 为 正 序 阻抗 的 电 阻 ； P为 三 相 总功 率 ； 为正 序阻抗 的感抗 。从 图 1可 知 ， 正 序 阻抗 测 量 的 电流 通路 仅 为 由三 相 电缆 导 电线 芯 组 成 ， 受 外 界 影 响较 小 ， 此 外 ， 在 试验 测 量 电压 下 ， 电缆 金 属 护 套 内有无感 应 电 流损 耗 ， 对 试 验 结 果 影 响 可 以忽 略 不 计 ， 因此 ， 电缆金 属 护套 连接 和接 地 方式 对 正序 阻抗 测量 结果 影 响可 以忽 略 。正 序 阻抗 的 电阻值 可近 似 认 为就 是 电缆导 电线 芯 的交 流 电阻 ， 其 数 值 应 略 大 于 电缆直 流 电阻 。 图 1 电缆 线路正序阻抗测 量接线图 2 3零序 阻抗 的测 量 图 2为 电缆 金 属 护 套 两 端 互联 接 地 时正 、 负 序 阻抗 测量 接线 图 ， 其 中线 路末 端 三相短 路 接地 ， 始 端 三 相短 路 并 接 通 单 相 交 流 电源 。 根 据 测 得 的 电 流 、 ： ： 二 = ： 图 2两端互联接地方 式下电缆线路 零 序阻抗测量接线 图 43 维普资讯 2 0 0 8年第 3期 No 3 2 00 8 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 0 8年 6月 J u n， 20 0 8 电 压 及 功 率 ， 可 按 下 式 计 算 每 相 公 里 的 零 序 阻 抗 ： 73 P 1 X 。= 一 ( 6 ) 式 中 ， 、 ， 为试 验 电压 和 电流 ； P为 所测 功 率 ； 尺 分别 为 零 序 阻 抗 的 电 阻 和 感 抗 。从 试 验 接 线 图 可 知 ， 电缆金 属护 套 的 接地 方 式 对 零 序 电流 通 路影 响 较 大 ： ( 1 )如 图 2所示 ， 在 电缆 两端 互联 接地 方式 下 ， 零序 电流通 路 为 ： 电源 点一 电缆 三 相 导 电 线 芯一 末 端三 相接地点一 电缆 金属护套 、 大地一 电源点。这 种方 式下 ， 零序 电流 通 过大地 支 路忽 略不 计 ， 测 量 的 零序电阻值和零序阻抗值较低 ， 尺 尺， 的值在 1 5 3 5 ， Z 0 Z 的值在 0 61 5 ； ( 2 )在 电缆金 属 护 套 单 点 接 地 方 式 下 ， 电缆 末 端 通过保 护 器接地 ， 零 序 电流通 路 为 ： 电源点一 电缆 三相 线芯一 末 端 三 相 短 路 接 地 点一 大 地一 电源 点 ， 零序 电 流通 路 包括 大 地 ， 零 序 阻 抗 主 要 取 决 于 电 缆 敷 设 的土壤 电阻率 ， 测 量 的零 序 电阻 值 和零 序 阻抗 值较高， 尺 。 尺 ， 值大于 3 ， Z 。 Z 值大于 4 5 。 3 电缆参数 实测结果分析 现结 合 电缆金 属 护套 两 种 不 同接 地 方 式下 ， 电 缆参 数 的实测 结果 ， 分 析 电缆 金 属 护 套 接 地 方 式 对 电缆参 数 的影 响 ， 探 讨 试验结 果 的可信 度 。 表 1为数条 1 1 0 k V电缆线 路参 数 的实测 结 果 ， 电缆 型号 为 ： Y J V W0 3 1 1 0 1 x 5 0 0 。 表 1 1 1 0 k V 电缆 线 路 参 数 的 实 测 结 果 ( 位 ： O k in) 名称 R 直 R l Z 1 风 z R 0 Rl Z 0 Zl 龙 新线 O 1 5 4 O Ol 4 0 2 2 2 O 1 9 8 0 2 3 4 1 4 1 4 1 O 5 之 一 龙新线 0 0 7 4 0 1 4 0 3 4 O 1 9 5 O 3 l 1 3 9 O 9 l 2 之 二 里水 线 0 0 7 7 O 1 5 5 0 2 7 9 0 4 8 5 1 3 5 3 1 3 4 8 4 里净线 O O 7 8 O 1 4 9 0 2 6 3 0 4 8 2 1 3 4 5 3 2 3 5 1 l 表 1中 ， 龙新 线 线 路 长 度 为 1 6 k m， 电缆 金 属 护套 连 接和接 地方 式 为 ： 电缆金 属护 套交 叉互 联 ， 两 端互联接地。将龙新线之一 ， 即第 1次测量试验结 4 4 果 中直流 电阻值与 出厂 试验 值 相 比 ， 两者 相差 较 大 ， 分 析其 原 因是线 路 末 端 三 相 短 路 连接 不 良； 正序 阻 抗 中 的电 阻值也 远 小 于 直 流 电 阻 ， 这说 明正 序 阻抗 测 量结 果是 不正 常 的 ， 检 查后 分析判 断 ， 试 验 电源 电 压过 低 ， 电流过 小 ， 引起 较 大测 量误 差 。 对 龙 新线 电缆 参数 进 行 复 测 ( 即表 中龙 新线 之 二 ) ， 单 位 直 流 电 阻 为 0 0 7 4 Q k m， 与 厂 家 出厂 值 相 近 ， 正序 阻抗 电 阻值 数 值 比直 流 电阻 略 大 ， 从 R R直=1 8 9 ， R Z =0 4 1的 比值结 果 可 知 ， 正 序 阻抗 参 数测 量 的结 果 可 信 ； 另 外 ， 从 尺 。 =1 3 9 ， Z 。 Z =0 9 1 2的 结 果 可 知 ， 电缆 金 属 护 套 交 叉 互 联 ， 两 端互 联 接地 方式 下 ， 零 序 阻抗 测量结 果是 符合 电缆 金属 护套 两端 互联 接地 方式 下 电缆参 数特 征 。 里 水线 和 里净 线线 路 长度 均 为 1 1 0 6 k m， 电缆 金属 护 套连 接 和接 地 方 式 均 为 ： 电 缆金 属 护套 中点 互 联 接地 ， 两 端保 护接 地 。 分 析表 1里 水 线 的试验 结 果 ， 单 位直 流 电 阻为 0 0 7 7 Q k m， 与 厂 家 出厂值 相 近 。正 序阻 抗 电阻值 尺 数值 比直 流 电阻 略大 ， 从 月 月 直= 2 0 ， R Z， =0 5 6的 比值 结 果 可 知 ， 正 序 阻抗 参 数测 量 的结 果 可 信 ； 另 外 ， 从 尺 =3 ， 1 3 ， Z 。 Z = 4 8 4可知 ， 电缆 金 属 护套 交 叉互 联 ， 两端 互 联接地方式下 ， 零序阻抗测量结果是符合 电缆金属 护套 两端 互联 接地 方式 下 电缆 参数特 征 。用 同样 的 方 法 可知 ， 里 净线 的测 试结 果也 是可 信 的 。 4 结束语 从 电缆 线路 参数 的理论 计算 和实 测方 法 的分析 可 知 ， 电缆线 路参 数 的影 响 因素很 多 ， 开 展 电缆线 路 参数 现 场测 量是 准确 获得 电缆 线路 参数 最 有效 的方 法 。电缆 金属 护套 连 接和 接地 方式 直接 影 响了 电缆 线路 参数 测量 通路 的 变化 ， 从 而 直接 影 响 了 电缆 参 数 特 征 的变化 。了解并 掌握 电缆 线 路参数 的规律 和 特 点 ， 有 利 于 电缆线 路参 数现 场 测量 的顺利 开 展 ， 从 而保证 电缆 线路 参数 测 量准 确性 。 参考 文献 1 郑肇骥 ， 王琨 明 高 压电缆 线路 M 北 京： 水利 水电 出版社 l 9 8 3 2 张葆 昌 高压 电气 试 验 方 法 M 北 京 ： 水 利 水 电 出 版社 l 9 8 3 3 毛为民 电力 电缆 相 序 阻抗 计 算 与分 析 J 供用 电， 2 0 0 2 ( 8)： 2 4 2 5 维普资讯