220kV電纜線路工頻參數的計算與分析

鄭玉

摘 要：電纜線路工頻參數的準確性對系統繼電保護整定、精確計算、故障分析、各種短路電流計算、故障處理以及選擇電力系統運行方式的最終結果有直接的影響。因此，輸電線路參數準確且精確的計算對于保證電力系統是否安全穩定運行具有重要的意義。文章首先介紹了電纜線路工頻參數的基本方法，然后通過對220 kV電纜線路的工頻相參數及序參數的計算與分析，進一步對220 kV電纜線路工頻參數的計算進行分析并得出結論，以保證電力系統正常、有效的運行。

關鍵詞：220 kV；工頻參數；電纜線路；序參數；相參數

中圖分類號：TM751 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0124-01

1 電纜線路工頻參數的基本計算方法

在進行電纜線路工頻參數的計算時，可以借助手冊和產品的目錄中線路單位的長度參數，然后將這些參數代入相關的計算公式中，最后通過計算所得到電纜線路工頻參數，因此我們將這種計算方法叫做近擬計算；另一種是根據電纜線路的排列位置以及線路結構等參量進行的線路工頻參數計算，這是一種準確而精確的計算方法。隨著電纜線路回路數量的增加，該方法的計算量和計算難度也會因此增加。但是在計算量和計算難度變大的同時，我們必須根據實際情況做出多種的假設和近擬，以便于計算。而且，在計算的同時還要考慮到電纜線路距離的問題。當單根電纜間的距離相隔較遠時，電纜間的耦合度很小，因此可以忽略不計，而且正序參數與零序參數基本相同；但是當三相電纜的距離較近時，就要將電纜線之間的耦合計算在內。而且電纜線路中金屬保護套是否進行交叉互聯以及接地的方式不同，對電纜線路的正序參數及零序參數都有一定的影響。

2 220 kV電纜線路的相參數計算

電纜線路組成圖，如圖1所示，電纜線路一般是由幾個單元組成，圖中將電纜單元分為了3個小段，電纜單元間和電纜兩端的接地電阻分別用不同的電阻符號進行表示，在圖中的電纜單元之間每一個小段可以看作是6根以大地作為不同的依據的金屬導線回路。

圖中將3根作為三相線芯，分別為A、B、C，將其他3根作為三相金屬保護套X、Y、Z。以其中的一條相線A相為例，將金屬保護套的單位長度的自阻抗用Z'XX表示，電纜線芯的單位長度的自阻抗用Z'AA表示，因此，線芯與同相保護套之間單位長度的互阻抗用Z'AX表示，線芯的幾何平均半徑用rGMRc表示，金屬護套的幾何平均半徑用rGMRs表示，故障電流以大地為回路時的等值深度用De表示，即公式為：

但是，從日常實踐經驗來看，當電纜線路的相間距離大于金屬保護套和線芯之間的距離時，線芯與另外一相的金屬保護套間的單位長度的互阻抗跟倆相金屬保護套單位長度的互阻抗近似相等。而且在進行不同布置方式時不同相線芯間的互阻抗、線芯與另一相金屬保護套間的互阻抗、金屬保護套間的互阻抗是主要影響電纜工頻參數的。但是在三相電纜線路進行品字型的排列時，電纜線路中的電抗參數的平衡性比其他的排列方式要好。而且不同的布置方式對于電纜線路中的電容矩陣的影響也不大，三相線路中無相間耦合，因此，三相電容參數是平衡的。

3 220 kV電纜線路序參數的計算與分析

在常用的電纜線路計算程序中，電纜線路的序參數不能直接的獲得，而且電纜線路是靜止的磁耦合回路，所以電纜線路中的正負序阻抗是相等的，但是正序阻抗會受到金屬護套內的電流的影響，因此，下文就對兩種情況進行研究。

3.1 當金屬護套內無電流

當電纜線路中的金屬護套與各相電纜進行循環換位；或者是金屬護套很好的連續換位時；或者金屬護套只有一端互聯接地時，感應電流就不會存在于金屬護套內。此時的電流就會以三相系統互為回路，可以像計算架空線路的正序阻抗一樣來進行計算電纜線路的正序阻抗。

3.2 當金屬護套內有電流

當電纜線路的金屬保護套只能夠采用在兩端直接接地，而不能用交叉互聯接地時，在金屬保護套內就會產生出與線芯的電流相反方向的護套電流，護套就會產生損耗，且這些損耗通常會被折算為線芯的附加損耗，就會增大電纜線路的正序電阻，在電纜線路線圈中金屬護套內的電流就會產生互感，由于兩者的電流方向相反，所以就會減小線芯的正序感抗。此時通過單位長度導體的互感和單位長度導體的交流感抗，以及單位長度金屬護套的電阻，就可以將金屬護套的附加電阻和附加感抗計算出來，從而計算出220 kV電纜線路金屬保護套內有電流的正序阻抗。

4 220 kV電纜線路工頻參數的不平衡度

因為在電纜線路中的三相間的電容參數是平衡的，因此，這里只需要對線路串聯阻抗參數的不平衡度進行計算和分析，而且可以用電磁不平衡度來表示電纜線路阻抗矩陣的不平衡度。因此，在不同排列方式下，220 kV電纜線路的電磁不平衡度可以出現以下幾種情況：

①在線芯進行換位時，可以將電纜線路認為是平衡線路，因為電纜線路中的阻抗參數的不平衡度較低。

②當用品字型的布置方式對電纜線路進行布置時，也可以將電纜線路按照平衡線路來考慮，因為線路中的負序及零序的電磁不平衡度都較低，可以忽略不計。

③如果只是將金屬保護套進行交叉互聯，而電纜線路不換位，那么電纜阻抗參數的不平衡度就會增加，而且在采用水平排列布置方式和垂直排列布置方式進行布置時，線路中的負序電磁不平衡度就會明顯增加。

但是在實際的生活中，不少電纜是架空混合型線路，而且架空線路的長度比電纜線路的長度要大很多，因此，架空線路部分就是混合線路中的主要影響因素，所以架空線路阻抗參數的不平衡度也會影響電磁的不平衡度。

5 220 kV電纜線路的工頻參數分析結論

①經過本文的研究可以知道，不一樣的電纜線路的布置方式對于電纜線路中的電容矩陣不會產生影響，不但正序電容及零序電容都相同，而且三相電纜的工頻參數也是平衡的。

②從本文研究來看，不同的電纜線路的布置方式對于序參數的影響主要表現于正序電抗，但是對于相參數的影響主要表現于金屬保護套之間的互電抗或者是在不同相芯線上。

③如果將金屬保護套進行交叉互聯，及將電纜線路進行換位，因此電纜線路中的電磁不平衡度就會很低，可以將電纜線路作為是平衡線路。

④如果只是將金屬保護套進行交叉互聯，不將電纜線路換位，就會使電纜線路中的電磁不平衡度增加。

⑤在金屬保護套的兩端都接地的情況下，金屬保護套的交叉互聯雖然對于零序阻抗沒有任何影響，但是能夠使電纜線路的正序電抗增加、電阻減少。

參考文獻：

[1] 王曉彤，項祖濤，班連庚.等.500 kV電纜線路工頻參數的計算與分析[J].電網技術，2013，（8）.

[2] 劉振波.輸電線路工頻參數理論計算軟件的研制[D].北京：華北電力大學，2004.