1、电力电缆相序阻抗计算与分析 广州电力工业局 毛为民 摘 要 在城市电网建设中 , 220 kV 和 110 kV 线路愈来愈广泛采用电力电缆 , 因此必须正确认识和掌握电 缆线路的相序阻抗参数特点。本文论述了电力电缆正、负和零序阻抗的理论计算和采用单相电源法进行参数 实测的试验方法 , 阐述了金属护套不同的接地互联方式下电缆相序阻抗参数特点和各序阻抗之间的关系 , 有 助于电缆参数的正确测量和继电保护装置的可靠运行。 关键词 电力电缆 ; 相序阻抗 ; 金属护套 中图分类号 : TM 71 文献标识码 : B 文章编号 : 100626357 (2002) 0420024202 随着城市建设的
2、飞速发展和城市规划的要求 , 城区 220 kV 和 110 kV 线路大量采用电力电缆 , 而电力电缆参 数的准确性 (主要指正序和零序阻抗 ) 是继电保护整定计 算的重要基础。由于电缆线路 X0 X1 的关系与架空线路不 一样 , 因此需要对电力电缆参数理论计算方法、测量方法 和其特点规律进行分析和研究 , 以便于指导生产实际。 1 电缆参数计算和分析 电缆线路参数与金属护套接地方式、互联和换位、回 流线和回路数有关 , 下面分几种情况进行讨论。 111 电缆线路的正、负序阻抗 (1) 金属护套内无电流 当单芯电缆线路的金属护套只有一点互联接地 ; 或各 相电缆和金属护套均换位 , 且三个
3、换位小段长度相等 ; 或 金属护套连续换位得很好时 , 金属护套内不存在感应电 流 , 此时电缆线路正、负序单位阻抗计算与架空线一样 (见 图 1): 图 1 以比率表示的任意排列单回线中 各项电缆之间的中心距离 Z 1= Z 2= R C + j2X 10- 4 ln (S nS m S ) 1 3 (GM RA GM RB GM RC) 13 (1) 式中 Z 1 为正序单位阻抗 , 8 km ; Z 2 为负序单位阻抗 , 8 km ; R c 为三相线芯的平均交流电阻 , 8 km ; X 为角频率 ; GM RA、 GM RB , GM RC 为自几何均距。 (2) 金属护套内有电流
4、 如果电缆的金属护套两端直接互联 , 金属护套的感应 电压在护套形成的闭环回路中产生和线芯电流方向相反 的护套电流 , 并产生护套损耗 , 导致线芯正、负序电阻减 小 , 正、负序感抗增加 , 计算公式 : Z 1= Z 2= R C + X m 2R S X m 2+ R S 2 + j2X 10 - 4 ln (nm ) 1 3 S GM RC - j X m 3 X m 2+ R S 2 (2) 式中 X m 为金属护套与线芯间的单位互感抗 ; R s 为金属 护套的直流电阻 (50 ) , 8 km ; GM RC 为线芯的几何半 径。 112 电缆线路的零序阻抗 (1) 短路电流以大
5、地作回路 电缆线路的金属护套只在一端互联接地 , 而邻近无其 它平行的接地导线 , 则在电网发生单相接地故障时 , 短路 电流以大地作回路。单回路的零序单位阻抗为 : Z 0= 3 R C3 + R g + j2X 10- 4 ln D eGM R C 3 (S nS m S ) 2 1 9 (3) 式中 D e 为故障电流以大地作回路时等值回路的深度 ; R g 为大地的漏电电阻。 (2) 短路电流全部以金属护套作回路 电缆线路的金属护套在两端直接互联或交叉互联接 地时 , 短路电流通过大地部分可忽略不计 , 可认为短路电 流全部以金属护套作回路 , 回路电阻为金属护套的并联电 阻 , 则单
6、回路的零序单位阻抗为 : Z 0= R C + R S + j6X 10- 4 ln GM R SGM R C 1 3 (4) 式中 GM R s 为金属护套的几何半径。 113 正、负与零序阻抗参数的关系 由于 3R g 较大 , 比较公式 (1) 和 (3) 可知 , 金属护套一 端互联时 , 电缆的零序单位阻抗 Z 0 远大于 Z 1 和 Z 2。由于 金属护套与线芯间的单位互感抗 X m 大于金属护套的直 流电阻 R S , 比较公式 (2) 和 (4) 可知 , 金属护套两端互联 时 , 电缆的零序单位阻抗 Z 0 一般略大于 Z 1 和 Z 2。 42 供 用 电 第 19 卷第
7、4 期 2002 年 8 月 2 电缆参数测试方法 211 正、负序阻抗的测量 将线路对侧三相短路并接地 , 采用单相电源法测量 , 接线见图 2 (以 AB 为试验相 )。 图 2 正、负序阻抗测量接线图 电缆正序阻抗可按下列公式计算 : co sUAB = PABU AB IAB Z AB = R AB + jX AB = U ABI AB co sUAB + jU ABI AB sinUAB R AB = PABI 2 AB X AB = U ABI AB 2 - R 2AB 式中 co sUAB为试验 AB 相功率因数 , R AB为试验 AB 相正序 有效电阻 , Z AB为试验 A
8、B 相正序阻抗。 然后 , 依次以 BC 相和 CA 相为试验相 , 可测得 Z BC和 Z CA , 则 Z 1= 1 6 (Z AB + Z BC+ Z CA ) = R 1+ jX 1 R 1= 16 (R AB + R BC+ R CA ) X 1= Z 21- R 21 图 3 零序阻抗测量接线图 212 零序阻抗的测量 将线路对侧三相短路并接地 , 本侧测量端三相短路 , 单相电源经隔离变压器接入 , 接线见图 3。 零序阻抗计算公式如下 : co sU0= P 0 U 0 I 0 Z 0= R 0+ jX 0= 3U 0I 0 co sU0+ j 3U 0I 0 sinU0 R
9、0= 3P 0I 2 0 X 0= U 0I 0 2 - R 20 3 例证 220 kV 罗鹿线和天鹿线电缆均为单回路 , 金属护套 交叉互联 , 两端接地 , 等间距直线排列 , 没有回流线 ; 110 kV 西罗线电缆为金属护套一端直接互联接地 , 没有回流 线。上述三条电缆线路的正、零序阻抗的理论计算值与实 测结果见附表。 附表 理论计算值 实测结果 名称 Z 1 8 km Z 0 8 km Z 1 8 km Z 0 8 km 天鹿线 011818 011884 011825 011886 罗鹿线 011821 011884 011778 011816 西罗线 012430 11710
10、 012350 116970 由附表可知 : (1) 金属护套仅在一端互联接地时 , 电缆零序单位阻 抗值约为正、负序单位阻抗值的 7 10 倍。 (2) 金属护套在两端互联接地时 , 电缆零序单位阻抗 仅略大于正、负序单位阻抗值 , 而架空线路的 X 0 约为 X 1 的 3 倍。 (3) 金属护套一端直接互联接地与两端互联接地时 , 电缆正、负序单位阻抗值的相差不大。 (4) 金属护套一端直接互联接地与两端互联接地的 电缆零序单位阻抗值相差近十倍。 4 结论 本文通过理论计算和实测方法 , 对高压电力电缆线路 相序阻抗参数与金属护套接地互联方式等方面的关系以 及各序阻抗之间的关系进行研究分析 , 从而对电缆线路参 数的规律和特点有了正确认识和理解 , 有利于继电保护装 置的正确整定 , 可靠运行。 收稿日期 : 2001 年 12 月 20 日 毛为民 广州电力工业局 广州中山一路 32 号 510600 522002 年第 4 期 供 用 电
