張玉佳
（國網北京市電力公司電力科學研究院，北京100075）
摘 要： 高壓電纜金屬屏蔽層絕緣損壞、發生接地故障等均會形成兩點或多點接地從而產生感應環流，研究環流大小可以指導電纜的運行維護。根據實際運行的電纜線路，取線路參數，建立仿真計算模型，通過仿真計算，分析故障相與非故障相環流情況，模擬電纜在三角形及三相對稱情況下感應環流的大小，驗證故障相的數量與感應環流大小的對應關系以及故障距離與感應環流的關系，為判別故障類型提供依據。仿真結果表明，故障相越多，感應環流越大；環流的大小與故障距離成正比。
關鍵詞： 高壓電纜；多點接地；感應環流；接地故障
0 引言
高壓電纜外屏蔽層單點可靠接地是電纜安全運行的重要保證。高壓電纜芯線在外屏蔽層產生感應電壓，通常情況下，電纜外屏蔽層運行時一端接地，但是由于電纜在安裝、運行后可能造成外絕緣損傷，形成多點接地，導致環流增大，將造成很大的電能損耗，也對設備的安全穩定運行產生較大的影響，對運行人員人身安全造成威脅。本文主要研究電纜外屏蔽層發生多點接地的故障時環流的大小及對電纜安全穩定運行的影響。
1 ATP軟件簡介
ATP全稱是Alternative Transient Program-EMTP，它是目前國際上計算電磁暫態現象以及電機原理應用最廣泛的數字仿真軟件之一。ATP提供許多模型，包括變壓器、避雷器、電力電纜等，它可以模擬任意結構復雜的電力網絡。ATP的基本原理是根據元件的不同特性，建立相應的代數方程，常微分方程和偏微分方程，形成節點導納矩陣。采用優化節點編號技術和稀疏矩陣算法，以節點電壓為未知量，利用矩陣三角分解求解，最后求得各支路的電流、電壓和所消耗的功率、能量。用此數字程序可以仿真任意結構的復雜網絡，分析控制系統、電力電子設備以及非線性元器件（如電弧和電暈）。ATP仿真計算允許對稱或不對稱的干擾，如故障、雷電浪涌、各種各樣的開關操作，包括交換閥，還支持相量網絡的頻率響應的計算。
模型的建立
選用的電纜為導體直徑18.4 mm，絕緣厚度20.0 mm，電纜外徑75 mm，長度500 m，敷于地下1 ｍ，三根電纜呈正三角形緊密排列鋪設，采用工頻110 kV三相交流電源，系統功率因數為0.95，金屬屏蔽層單端接地方式，經保護器接地的一端在仿真時可作為開路處理，電纜模型用ATP-Draw中專門建立電纜模型的ATP-LCC軟件建立，在ATP中建立的模型如圖1。
3 三相電纜金屬護套多點接地仿真計算
3.1 三相電纜首端接地、末端開路情況下發生一點故障接地
仿真條件及仿真結果列于表1。為便于分析比較，在仿真結果中引入了“環流比(％)”，即環流與芯線工作電流的百分比值。
首端接地環流比與故障距離的關系曲線如圖2所示。
由圖2可見，首端直接接地時，環流比大小與故障點距首端接地點的距離基本成正比。
3.2 三相電纜首端接地、末端開路情況下發生三點故障接地
假設三個故障點距離已知，L1=L2=L3=150 m，此種情況的電纜示意圖如圖3所示。
設L1=L2=L3=150 m，其仿真條件及仿真結果列于表2。
表2中故障類型“ABC”系指A相a點故障接地、B相b點故障接地、C相c點故障接地。
從表2中的27種不同的故障情況不難發現，故障接地線電流值有較強的規律性，重點研究實際可測的IA0、IB0、IC0，按幅值從小到大簡化為①～⑨類，列于表3中。
當三相電纜正常運行，即護套沒有故障點接地時，接地線上仍有電流，IA0、IB0、IC0幅值均為2.8 A，此時雖有感應電勢但沒有感應電流，可知各相護套上的電容電流幅值為2.8 A。
4 結論
通過仿真計算，模擬不同類型的故障得出以下結論：(1)只有故障相才有感應電流，正常相護套與大地沒有形成通路，只有電容電流；(2)正三角形排列，三相對稱性決定各相地位等價；(3)從①到⑨，總的來說，故障相越多，環流值越大；(4)觀察⑨，當故障ABC、CAB、BCA發生，單獨分析A相，發現其單點故障的故障距離依次為150 m、300 m、450 m，A相環流依次為4.9 A、7.4 A、8.7 A，仍然與故障距離正相關；(5)通過接地線上三相電流幅值可將故障區分為①到⑨類，每類中的三種情形又可通過分析單相故障的故障距離來區分，為故障類型判別提供幫助。
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