一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法及系统技术方案

一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法及系统，将中间相单芯电缆护层的两端均直接接地；另外两相单芯电缆护层的一端直接接地，另一端连接保护装置后接地，中间相的金属护层作为回流线，不仅节约了回流线和保护器的设备成本，避免了回流线被偷盗的风险；特别是，当两端直接接地的中间相发生故障时，故障相护层感应电压显著降低；而当非两端直接接地的任一相发生故障时，故障相护层感应电压略有降低；本发明专利技术提出的接地方式更加适合于平行敷设的电缆回路。本发明专利技术提出的接地方式，降低了故障工况下电缆护层感应电压，减少了回流线及一只保护器的使用，降低了工程建设成本及回流线布置时间。布置时间。布置时间。

【技术实现步骤摘要】
一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法及系统


[0001]本专利技术涉及高压电力电缆
，更具体地，涉及一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法及系统。

技术介绍

[0002]随着城市的快速发展，建成区域由城区中心不断向外延伸，110kV及以上架空线路入地需求激增。110kV及以上电缆皆为单芯形式，根据长期的运行经验，接地系统的缺陷会演变为电缆故障，造成不可估量的损失，因此，电缆接地系统越来越受到业界关注，而接地形式的选取和接地环流的检测，也成为110kV及以上电缆设计和运维中的重要工作。
[0003]现有技术中，在电缆工程设计过程中，当电缆较短，或者在完成交叉互联后的电缆剩余长度不足以再完成一个交叉互联段时，通常采用金属护层单点接地的形式。目前，《GB 50217
‑
2018电力工程电缆设计规范》和《DL/T 5221
‑
2016城市电力电缆线路设计技术规定》中规定，交流系统110kV及以上单芯电缆金属套单点直接接地时，应沿电缆邻近设置平行回流线。回流线的工作原理为：金属护层单点接地的电缆线路在单相短路故障时，短路电流以大地为回路，护层感应电压很高，当感应电压超出护层耐受值时，便会引发击穿。增加回流线后，短路电流通过回流线分流，降低了护层感应电压。回流线降低故障感应电压的效果在理论上是显而易见的，而在工程设计、实施过程中，回流线的设置也是的必选项。然而，回流线只有在故障情况下发挥作用，在系统正常运行时，回流线并无作用，还额外增加了系统损耗，且由于回流线两端接地，不与高压部分直接连接，在实际运行过程中也经常被盗。
[0004]现有技术1(CN206650184U)“一种单芯电缆护层接地结构”，三相单芯电缆中每根单芯电缆的保护套一端直接接地，另一端连接保护结构后接地，其中，保护结构包括并联的避雷器和电抗器。现有技术1中，电缆线路正常工作状态时，电缆金属护层无环流；当线路出现雷电过电压、操作过电压时，电压超过避雷针阀值时，避雷器导通，电流泄入大地；电抗器的电抗值根据工程的实际情况设定，当电缆线路出现非对称接地故障时，饱和电抗器趋于饱和，电抗值减小，电抗器呈现导通状态，使得故障电流能迅速泄入大地，起到保护电缆外护层绝缘的作用，而此时避雷器不导通。现有技术1取消了回流线的设置，避免了系统损耗和被盗现象，但是每根电缆均需要增加保护设备，加大了工程投入、建设占地以及施工难度。
[0005]此外，现有技术1给出的接地方式，当电缆线路出现非对称接地故障时，由于没有回流线，使得故障电流全部通过大地通流，如图1所示，故障相金属护层的感应电压U
SA
为：
[0006][0007]式中，R为接地电阻；R
g
为单位长度大地电阻，该值极小对感应电压影响不大；l为故障点到接地点距离对应的电缆长度；D为地中电流穿透深度；r
s
为电缆金属护层半径；I
d
为单相接地故障电流。
[0008]非故障的两相金属护层感应电压U
SB
和U
SC
分别为：
[0009][0010][0011]式中，S为单芯电缆之间的距离。
[0012]通过比较式(4)至(6)可知，故障相感应电压U
SA
最高，而与故障相平行的电缆上，感应电压随电缆间距离的增大而减少，即U
SC
<U
SB
。
[0013]考虑城市电缆通道的设计结构，可见现有技术1这样的单芯电缆接地方式，虽然取消了回流线，但是无法降低故障相金属护层的感应电压，而且非故障相金属护层感应电压也较高，这对于电缆的安全运行带来极大的隐患。现有技术1中，在正常工况下，电抗器呈现阻性，但由于工频为50Hz，导致经电抗器入地的电流仍然存在一定数值，使得护层环流数值仍然较大且不可忽视，此时护层中的感应电压可能会大于电缆金属护层绝缘耐受强度；此外，在过电压工况下，电抗器如果导通，由于电抗器为非理想电感，仍有一定数值的电阻存在，若导通大电流，可能会造成电抗器爆炸，若增大电抗器选型，则会导致设备体积庞大，难以在接地箱中安装。
[0014]因此，需要高压电力电缆单相护层双端直接接地的方式进行研究，通过取消回流线达到兼顾工程建设成本和施工等诸多因素的同时，还需要以保证非故障相安全运行为更加重要的目标。

技术实现思路

[0015]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法及系统，将中间相的两端直接接地，其余两相仍采用一端直接接地、一端保护接地的方式，即将中间相的金属护层作为回流线，不仅节约了回流线和保护器的设备成本，避免了回流线被偷盗的风险；特别是，当两端直接接地的中间相发生故障时，故障相护层感应电压显著降低；而当非两端直接接地的任一相发生故障时，故障相护层感应电压略有降低；本专利技术提出的接地方式更加适合于平行敷设的电缆回路。
[0016]本专利技术采用如下的技术方案。
[0017]一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其中高压电力电缆是三相单芯电缆，将其中一相单芯电缆护层的两端均直接接地；另外两相单芯电缆护层的一端直接接地，另一端连接保护装置后接地；
[0018]电缆线路出现非对称接地故障时，当故障相单芯电缆护层的一端直接接地、另一端连接保护装置，则接地故障电流一部分以大地为回路，另一部分以两端均直接接地的单芯电缆护层为回路，各相单芯电缆护层中的感应电压不大于电缆金属护层绝缘耐受强度；
[0019]电缆线路出现非对称接地故障时，当故障相单芯电缆护层的两端均直接接地，故障电流以大地为回路，各相单芯电缆护层中的感应电压不大于电缆金属护层绝缘耐受强度。
[0020]一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，包括：
[0021]步骤1，采集高压电力电缆的工程参数；
[0022]步骤2，根据工程参数，分别建立高压电力电缆的各相护层接地模型，护层接地模
型包括：护层单端直接接地模型，护层双端直接接地模型；其中，各护层接地模型中均不设置单独的回流线；
[0023]步骤3，在高压电力电缆正常工作情况下，分别对各相护层接地模型中的护层电流进行仿真计算；利用护层电流和护层感应电压限值，计算护层中的能量损耗限值；
[0024]步骤4，当高压电力电缆中任一相发生接地故障时，分别对各相护层接地模型的感应电压进行仿真计算；
[0025]步骤5，当高压电力电缆中任一相发生接地故障时，结合保护动作时限，分别对各相护层接地模型进行热稳定校验；根据热稳定校验结果，确定高压电力电缆护层接地方式。
[0026]优选地，步骤1中，工程参数包括：电压等级，电缆型号，电缆长度，接地电阻，金属护层半径，金属护层厚度，电缆间距，保护动作时限。
[0027]优选地，步骤2中，护层单端直接接地模型中，单芯电缆护层的一端直接接地，另一端连接保护装置后接地；
[0028]护层双端直接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其中高压电力电缆是三相单芯电缆，其特征在于，将其中一相单芯电缆护层的两端均直接接地；另外两相单芯电缆护层的一端直接接地，另一端连接保护装置后接地；电缆线路出现非对称接地故障时，当故障相单芯电缆护层的一端直接接地、另一端连接保护装置，则接地故障电流一部分以大地为回路，另一部分以两端均直接接地的单芯电缆护层为回路，各相单芯电缆护层中的感应电压不大于电缆金属护层绝缘耐受强度；电缆线路出现非对称接地故障时，当故障相单芯电缆护层的两端均直接接地，故障电流以大地为回路，各相单芯电缆护层中的感应电压不大于电缆金属护层绝缘耐受强度。2.根据权利要求1所述的高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，采集高压电力电缆的工程参数；步骤2，根据工程参数，分别建立高压电力电缆的各相护层接地模型，护层接地模型包括：护层单端直接接地模型，护层双端直接接地模型；其中，各护层接地模型中均不设置单独的回流线；步骤3，在高压电力电缆正常工作情况下，分别对各相护层接地模型中的护层电流进行仿真计算；利用护层电流和护层感应电压限值，计算护层中的能量损耗限值；步骤4，当高压电力电缆中任一相发生接地故障时，分别对各相护层接地模型的感应电压进行仿真计算；步骤5，当高压电力电缆中任一相发生接地故障时，结合保护动作时限，分别对各相护层接地模型进行热稳定校验；根据热稳定校验结果，确定高压电力电缆护层接地方式。3.根据权利要求2所述的高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其特征在于，步骤1中，工程参数包括：电压等级，电缆型号，电缆长度，接地电阻，金属护层半径，金属护层厚度，电缆间距，保护动作时限。4.根据权利要求2所述的高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其特征在于，步骤2中，护层单端直接接地模型中，单芯电缆护层的一端直接接地，另一端连接保护装置后接地；护层双端直接接地模型中，单芯电缆护层的两端均直接接地；利用各相护层接地模型构建的高压电力电缆护层接地模型包括：一相采用护层双端直接接地模型，另外两相采用护层单端直接接地模型。5.根据权利要求4所述的高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其特征在于，高压电力电缆护层接地模型中，三相单芯电缆采用平行敷设方式时，中间相采用护层双端直接接地模型。6.根据权利要求2所述的高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3.1，在高压电力电缆正常工作情况下，护层单端直接接地模型中不存在护层电流，护层双端直接接地模型中的护层电流满足如下关系式：
式中，I
sheath
为双端直接接地模型中的护层电流，为行业标准规定护层感应电压限制，取值为不超过50V，R
g1
为第一接地电阻，第一接地电阻的阻值由护层第一接地端所在的接地点的土壤电阻率决定，R
g2
为第二接地电阻，第二接地电阻的阻值由护层第二接地端所在的接地点的土壤电阻率决定，R
p
为护层电阻，护层电阻的阻值由护层材质的导电率、护层截面积、电缆长度决定；其中，各接地端所在的接地点包括：变电站内，终端杆塔处，电缆沿线的工井内；步骤3.2，护层电流导致的护层中能量损耗限值，满足如下关系式：式中，为护层电流导致的护层中能量损耗限值。7.根据权利要求6所述的高压电力电缆单相护层双端直接接地方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4.1，当故障相的护层采用单端直接接地，一个非故障相的护层采用单端直接接地，另一个非故障相的护层采用双端直接接地时...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐金龙，何光华，张志坚，黄薛凌，孙柯，张伟，周宇丰，施子凡，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：