丛秋爽

（国网山东潍坊市寒亭区供电公司，山东 潍坊 261100）

0 引言

随着城市化建设的不断推进，电缆线路的应用越来越广泛。在雷电冲击电压或系统发生工频短路故障时，电缆金属护层上会产生感应过电压［1］，有可能导致护层绝缘击穿，形成电缆金属护套多点接地，在各接地点间会因电位差而出现接地环流，环流可能达到导体输送电流的1／3，造成护层发热，不仅增加电能损耗，还会使电缆主绝缘加速老化，降低使用寿命［2-6］。

某公司所辖的110 kV、35 kV 输电线路在进出变电站段普遍存在两回电缆同沟敷设的情况。为了降低单芯电缆金属护层上的感应电压，在对比“品”字形敷设和分开平行敷设两种传统方法的基础上，通过计算，设计一种新的集中平衡敷设方法，在降低单芯电缆金属护层上感应电压方面可以达到更好的效果。

1 三种敷设方法介绍

1.1 分开平行敷设

分开平行敷设指两回电缆线路按照水平或垂直方式各相分开平行敷设，如图1 所示［2］。图中，A1、B1、C1 表示一回电缆的三相导线，A2、B2、C2 表示另一回电缆的三相导线。为方便运行维护，通常每一回路的三相或纵或横排在一条直线上。当各相间的相对位置和距离发生改变时，其感应电压值也相应发生改变。该排列方式主要在2008 年以前应用，运行经验表明，这种敷设方式下环流事故发生率很高。

图1 分开平行敷设

1.2 “品”字形分别敷设

“品”字形分别敷设是等边三角形敷设的一种特例，指两回路电缆的三相导线分别以等边三角形的方式进行敷设，且各回路的三相导线是紧靠在一起的，两回路间隔一定距离，如图2 所示［2］。相对于分开平行敷设方式，“品”字形敷设每回路电流的相量和大幅度降低（如果不考虑另一回路的影响，每一回路三相线芯电流的相量和接近零），使得金属护层上的感应电压大大降低。此种方式在2008 年以后广泛应用，运行经验表明，这种方式下环流事故发生率大大降低，且施工、运行维护方便。

图2 “品”字形分别敷设

1.3 集中平衡敷设

集中平衡法指两回路导线在敷设方式上集中，两回路均采用三角形敷设方式，其中一回路在内层“品”字形紧靠敷设，另一回路在外层紧靠内层回路等边三角形敷设，如图3 所示。相对于以上“品”字形分别敷设，此种方法不但每回路三相电流的相量和降低，而且由于两回路集中紧靠，每相导线的互感电压相量和进一步减小，使得导线金属护层上的感应电压降至最低，达到一种稳定平衡的效果。

图3 集中平衡敷设

2 金属护层感应电压计算

以在正常工作情况下的两条35 kV 同沟敷设的电缆线路为例进行计算比较。两条电缆段为从变电站引出至出线杆塔，型号为YJLV32-26／35，单芯，横截面积为240 mm2，电缆直径为60 mm，护层直径为56 mm，段长380 m，根据系统数据取某日导线电流最大值275 A。

电缆金属护层感应电压的计算公式为［3］：

2.1 平行排列方式

如图1 所示，导线长度l 为380 m；A1A2 两条导线间平行中心距SA1A2为527 mm，A1B1 两条导线间平行中心距SA1B1为220 mm，A1B2 两条导线间平行中心距SA1B2为290 mm，A1C1 两条导线间平行中心距SA1C1为440 mm，A1C2 两条导线间平行中心距SA1C2为364 mm；各相导线电流IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2均为275 A，每根导线金属护层的等值半径r 为28 mm。

则导线A1 相金属护层由于导线A2 相电流所形成的磁通为

2.2 “品”字形分别排列方式

如图2 所示，导线长度l 为380 m；A1A2 两条导线间平行中心距SA1A2为502.86 mm，A1B1 两条导线间平行中心距SA1B1为60 mm，A1B2 两条导线间平行中心距SA1B2为502.86 mm，A1C1 两条导线间平行中心距SA1C1为60 mm，A1C2 两条导线间平行中心距SA1C2为450 mm；各相导线电流IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2均为275 A；每根导线金属护层的等值半径r 为28 mm；两回电缆导线垂直距离450 mm。

2.3 集中平衡排列方式

如图3 所示，导线长度l 为380 m；A1A2 两条导线间平行中心距SA1A2为134.16 mm，A1B1 两条导线间平行中心距SA1B1为120 mm，A1B2 两条导线间平行中心距SA1B2为60 mm，A1C1 两条导线间平行中心距SA1C1为120 mm，A1C2 两条导线间平行中心距SA1C2为60 mm；各相导线电流IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2均为275 A，每根导线金属护层的等值半径r 为28 mm。

同样可以计算出3 种排列方式下其他各相导线金属护层的感应电压值。计算结果如表1 所示。

由表1 可见，平行排列方式与其他两种排列方式相比较，各相护层感应电压值最大，在相位上分布也不均衡。在“品”字形排列方式下，各回路三相电压值相差不大，但相位分布不均。而集中平衡排列方式下，各回路在相位上互差120°，且内层回路感应电压值与“品”字形排列方式相比较小了很多，外层回路感应电压值虽略高于“品”字形排列方式，但由于各相电压值相差无几且相位均衡，三相电压相量和约等于零。下面通过计算进行比较。

3 各回路三相电压的相量和

3.1 “品”字形排列方式下两回路各自电压的相量和

3.2 集中平衡排列方式下两回路各自电压的相量和

表1 双回路电缆在3 种排列方式下各相护层感应电压有效值及相位角

由此可知，集中平衡排列方式下两回路电压相量和约为0，三相电压更为均衡。

4 结语

从3 种导线排列方式看，平行排列方式施工最简单，但由于金属护层感应电压最高，极易导致为环流事故发生。“品”字形排列和集中平衡排列施工相对麻烦，但金属护层感应电压低且分布均衡，因此产生的事故率下降很多。

集中平衡排列方式的优越性是明显的，2 个回路三相电压的相量和都趋近于零。使用这种排列方式进一步降低了电缆金属护层的感应电压，有效减少了环流的发生。而且由于双回路的回路数不多，施工也不复杂，对于单芯电缆同沟敷设很实用。此外，集中平衡排列方式相比其他两种方式更加节省电缆管廊空间，施工更加简单，费用也大大降低。但集中平衡排列方式的弊端也很明显，当其中一回路发生故障停电检修时，由于受非故障回路所产生感应电压的影响以及施工的安全与方便，非故障回路也应配合停电；且集中平衡排列方式电缆密集排布，散热效果差，造成电缆载流量降低。因此，此种排列方式主要用于双回路单芯电缆或长度较短（低于600 m）的电缆段。

以上分析是在正常工况下进行的计算，如果在过电压情况下，由于导体电流增至极高数值，护层感应电压随之陡增，其感应电压的降低还要依靠一端接地、另一端加保护器，以及加装回流线来处理，如果电缆长度大于1 km，还需采用电缆金属护套分段后交叉互联的接法。