王军良 徐厚圣
青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司，山东青岛 266100
Study Of Segment Length Of Single - Core Cable
Wang Junliang Xu Housheng You Lin
摘要：对于长距离（>1000m）的单芯电缆线路工程，延长单芯电缆的分段长度，减少电缆中间接头数量，可以提高工程经济性，增加线路运行的可靠性。文中从单芯电缆的感应电压制约因素、运输条件制约因素两个方面分析了单芯电缆的最大分段长度的可行性。研究表明：对于长距离（>1000m）的单芯电缆线路工程，当电缆金属护层采用交叉互联接地时，感应电压（允许值50V）已不再是制约因素，单芯电缆的分段长度较金属护层单端接地可增加2倍。
关键词：单芯电缆、感应电压、两接接地、单端接地、交叉互联接地、环流
Abstract: For long distance (>1000m) single-core cable transmission line project, extend the section length of single core cable, reduce the number of cable interconnections. It can improve the economy of the project, increase the reliability of cable transmission line operation. This paper analyzes the feasibility of the maximum segment length of a single-core cable from two aspects of the constraint factors of induced voltage and transport conditions. Research shows that: For long distance (>1000m) single-core cable transmission line project, when the cable metal sheath is cross-connected to ground, the induced voltage (allowable 50V) is no longer a constraint, the segmented length of a single-core cable can be increased twice as much as that of a single end grounding of a metal sheath.
Key words: single-core cable; induced voltage; two-connected to ground; single-connected to ground; cross-connected to ground; circulating?current
1引言
通常情况下，110kV以下电压等级的三芯电缆在运行过程中金属护层（或屏蔽层）都采用两端直接接地。但是当电缆为110kV及以上时，电缆通常为单芯结构，由于回路中每根电缆相对于其他电缆的几何均距不同，当电流流过导体时，金属护层上会出现感应电压，若仍采用两端直接接地，则金属护层将会流过很大的环流，增大电能损耗，降低电缆导体的载流量［1］，加速电缆绝缘老化［2］。因此在实际运行过程中，110kV及以上电缆的金属护层通常采用单端接地或交叉互联接地方式［3］。
当电缆的金属护层采用单端接地时，其不接地端会存在操作过电压、雷电过电压、工频过电压［4］。如果电缆分段过长，则其金属护层的过电压过高，会造成护层击穿，引起多点接地，影响电缆的安全运行；若电缆分段过短，则会造成电缆的中间接头过多，增加工程造价。
文中通过对电缆金属护层的感应电压计算，电缆允许运输长度［5］，并结合某110kV电缆线路工程，探讨单芯电缆的合理分段长度，为以后同类型的工程提供借鉴。
2论文正文
根据《电力工程电缆设计标准》（GB 50217-2018）中规定：交流单芯电力电缆金属套上应至少在一端直接接地，在任一非直接接地端未采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时，正常感应电压不得大于50V，而感应电压与电缆的长度及导体通过的电流成正比，因此在不影响导体载流量的前提下，限制电缆的感应电压是单芯电缆分段长度的一个关键制约因素。
2.1感应电压分析计算
单芯电缆的感应电压与电缆的排列方式有关。一般情况下，单芯电缆在敷设时有等边三角形排列、直角三角形排列、直线排列三种排列方式。
根据《电力工程电缆设计标准》（GB 50217-2018）附录F中单芯电缆金属套的正常感应电势的计算方法，正常运行情况下电缆金属护层单端接地时的单位感应电压及最大允许分段长度计算如下：
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当电缆线路很长时，可将电缆分成若干大段即交叉互联单元，每个交叉互联单元分成长度相等的三小段，每小段之间装设绝缘接头，接头处金属护层三相之间用同轴电缆经交叉互联箱进行换位连接，交叉互联单元的两端金属护层分别接地，也就是交叉互联接地。
而当金属护层采用交叉互联接地时，由于每段电缆长度相等，产生的感应电压也相等，相位角相差120?，如图2-1所示：
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由于每个交叉互联单元内的感应电压为0，不产生环流［6］，因此不影响电缆导体的载流量。
电缆护层采用交叉互联接地时，感应电压已不再是影响电缆分段长度的制约因素了，电缆的分段长度只需考虑电缆的允许运输长度了。
2.2电缆允许运输长度
目前电缆的运输大部分采用陆路运输，依据《电缆电缆交货盘 第1部分：一般规定》（JB/T 8137.1-2013）中规定，最大规格的电缆交货盘为4000mm（侧板直径）×2000mm（筒体直径）×2500mm（外宽）。
电缆装盘长度按下式计算：
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根据式6可以看出，在电缆盘确定后，电缆的极限运输长度只与电缆外径有关，表2-2-1列出了部分110kV不同电缆外径的极限运输长度。
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2.3工程实例
某双回110kV电缆输电线路，线路全长2.8km，采用电缆隧道敷设，电缆水平排列，相邻电缆轴间距离为250mm，最大连续工作电流为1000A，每相电缆采用YJLW03-Z-64/110kV 1×630mm2铜芯电缆。电缆的基本参数见表2-3-1：
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注：直角三角形排列和水平排列敷设方式只计算了感应电压最大值。
本工程电缆路径为2.8km，考虑接头及敷设时的附加长度，电缆定货长度为3km，分为3段（每段1km），金属护层采用交叉互联接地。
相对按感应电压计算，节省电缆中间接头15只，提高了工程的经济性，同时由于电缆中间接头的减少，增强了线路运行的可靠性。
2.4结论
长距离（>1000m）的电缆线路，电缆金属护层采用交叉互联接地方式，其电缆分段长度可以按照电缆允许运输长度来进行设计。
注意事项：
1.电缆金属护层采用交叉互联接地，每个交叉互联单元内的3段电缆长度尽可能相等，敷设方式也尽量相同；
2.电缆金属护层与交叉互联箱要可靠电气连接；
3.电缆金属护层采用交叉互联接地，每个绝缘接头应设置护层电压限制器。护层电压限制器的残压不得大于1.4倍电缆护层的冲击耐受电压；系统短路时产生的最大感应工频过电压，护层电压限制器的承受时间不得小于2S；护层电压限制器的连接方式应选择?+Y0双重式；
4.系统短路时产生的最大感应工频过电压超过电缆护层绝缘耐受强度或护层电压限制器时应设置平行回流线；
5.电缆金属护层采用交叉互联接地,加强环流监测。
3参考文献
［1］刘英.高压电缆金属护套及铠装结构的损耗计算［J］.电线电缆，2013（2）：1-3。
［2］谢安生，李盛涛，郑晓泉等.外施电压频率对XLPE电缆绝缘中电树枝生长特性的影响［J］.电工电能新技术，2006，25（3）：33-36。
［3］欧景茹.高压单芯电缆线路金属护套接地方式［J］.吉林电力，2005（2）：19-21。
［4］陈姝敏，杨兰均，张乔根等.110kV电缆护层连接方式对保护层过电压的影响［J］.高电压技术，2006，32（3）：37-39。
［5］孟毓，尤志巍.高压电缆单盘长度极限的探讨［J］.华东电力，2013，41（12）：2507-2509。
［6］牛海清.110kV单芯电缆护套环流计算与试验研究［J］.高电压技术，2005（8）：15-17。
【作者简介】
姓名：王军良 工作单位：青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司 职务：线路电气工程师
姓名：徐厚圣 工作单位：青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司 职务：电气一次工程师