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摘 要 在城市電網建設中,220 kV和110 kV線路愈來愈廣泛采用電力電纜,因此必須正確認識和掌握電纜線路的相序阻抗參數(shù)特點。本文論述了電力電纜正、負和零序阻抗的理論計算和采用單相電源法進行參數(shù)實測的試驗方法,闡述了金屬護套不同的接地互聯(lián)方式下電纜相序阻抗參數(shù)特點和各序阻抗之間的關系,有助于電纜參數(shù)的正確測量和繼電保護裝置的可靠運行。
中圖分類號:TM71 文獻標識碼:B 文章編號:1006-6357(2002)04-0024-02
隨著城市建設的飛速發(fā)展和城市規(guī)劃的要求,城區(qū)220 kV和110 kV線路大量采用電力電纜,而電力電纜參數(shù)的準確性(主要指正序和零序阻抗)是繼電保護整定計算的重要基礎。由于電纜線路X0/X1的關系與架空線路不一樣,因此需要對電力電纜參數(shù)理論計算方法、測量方法和其特點規(guī)律進行分析和研究,以便于指導生產實際。
1 電纜參數(shù)計算和分析
電纜線路參數(shù)與金屬護套接地方式、互聯(lián)和換位、回流線和回路數(shù)有關,下面分幾種情況進行討論。
1.1 電纜線路的正、負序阻抗
(1)金屬護套內無電流
當單芯電纜線路的金屬護套只有一點互聯(lián)接地;或各相電纜和金屬護套均換位,且三個換位小段長度相等;或金屬護套連續(xù)換位得很好時,金屬護套內不存在感應電流,此時電纜線路正、負序單位阻抗計算與架空線一樣(見圖1):
圖1 以比率表示的任意排列單回線中各項電纜之間的中心距離
Z1=Z2=
RC+j2ω×10-4ln(S×nS×mS)13 (GMRA×GMRB×GMRC)13 (1)
式中Z1為正序單位阻抗,Ω/km;Z2為負序單位阻抗,Ω/ km;Rc為三相線芯的平均交流電阻,Ω/km;ω為角頻率; GMRA、GMRB,GMRC為自幾何均距。
(2)金屬護套內有電流
如果電纜的金屬護套兩端直接互聯(lián),金屬護套的感應電壓在護套形成的閉環(huán)回路中產生和線芯電流方向相反的護套電流,并產生護套損耗,導致線芯正、負序電阻減小,正、負序感抗增加,計算公式:
Z1=Z2=RC+Xm2RSXm2+RS2+j2ω×10-4 ×ln(nm)13SGMRC-jXm3Xm2+RS2 (2)
式中Xm為金屬護套與線芯間的單位互感抗;Rs為金屬護套的直流電阻(50℃),Ω/km;GMRC為線芯的幾何半徑。
1.2 電纜線路的零序阻抗
(1)短路電流以大地作回路
電纜線路的金屬護套只在一端互聯(lián)接地,而鄰近無其它平行的接地導線,則在電網發(fā)生單相接地故障時,短路電流以大地作回路。單回路的零序單位阻抗為:
Z0=3RC3+Rg+j2ω×10-4lnDe[GMRC3(S×nS×mS)2]19 (3) 式中De為故障電流以大地作回路時等值回路的深度;Rg 為大地的漏電電阻。
(2)短路電流全部以金屬護套作回路
電纜線路的金屬護套在兩端直接互聯(lián)或交叉互聯(lián)接地時,短路電流通過大地部分可忽略不計,可認為短路電流全部以金屬護套作回路,回路電阻為金屬護套的并聯(lián)電阻,則單回路的零序單位阻抗為:
Z0=RC+RS+j6ω×10-4lnGMRSGMRC13 (4)
式中GMRs為金屬護套的幾何半徑。
1.3 正、負與零序阻抗參數(shù)的關系
由于3Rg較大,比較公式(1)和(3)可知,金屬護套一端互聯(lián)時,電纜的零序單位阻抗Z0遠大于Z1和Z2。由于金屬護套與線芯間的單位互感抗Xm大于金屬護套的直流電阻RS,比較公式(2)和(4)可知,金屬護套兩端互聯(lián)時,電纜的零序單位阻抗Z0一般略大于Z1和Z2。
2 電纜參數(shù)測試方法
2.1 正、負序阻抗的測量
將線路對側三相短路并接地,采用單相電源法測量,接線見圖2(以AB為試驗相)。
圖2 正、負序阻抗測量接線圖
電纜正序阻抗可按下列公式計算:
cosφAB=PABUABIAB
Z·AB=RAB+jXAB=UABIABcosφAB+jUABIABsinφAB
RAB=PABI2AB
XAB=UABIAB2-R2AB
式中cosφAB為試驗AB相功率因數(shù),RAB為試驗AB相正序有效電阻,Z·AB為試驗AB相正序阻抗。然后,依次以BC相和CA相為試驗相,可測得Z·BC和Z·CA,則
Z·1=16(Z·AB+Z·BC+Z·CA)=R1+jX1
R1=16(RAB+RBC+RCA)
X1=Z21-R21
圖3 零序阻抗測量接線圖
2.2 零序阻抗的測量
將線路對側三相短路并接地,本側測量端三相短路, 單相電源經隔離變壓器接入,接線見圖3。零序阻抗計算公式如下:
cosφ0=P0U0I0
Z·0=R0+jX0=3U0I0cosφ0+j3U0I0sinφ0
R0=3P0I20
X0=U0I02-R20
3 例證
220 kV羅鹿線和天鹿線電纜均為單回路,金屬護套交叉互聯(lián),兩端接地,等間距直線排列,沒有回流線;110kV西羅線電纜為金屬護套一端直接互聯(lián)接地,沒有回流線。上述三條電纜線路的正、零序阻抗的理論計算值與實測結果見附表。
由附表可知:
(1)金屬護套僅在一端互聯(lián)接地時,電纜零序單位阻抗值約為正、負序單位阻抗值的7~10倍。
(2)金屬護套在兩端互聯(lián)接地時,電纜零序單位阻抗僅略大于正、負序單位阻抗值,而架空線路的X0約為
