超高压海底电缆护套环流的理论计算新方法
高压电缆接地环流计算及影响因素分析
高压电缆接地环流计算及影响因素分析摘要：电力电缆具有传输电能稳定，供电可靠性高等优点，其优秀的电气、机械、化学性能使其在如今快速发展的城市中得到了广泛的应用，但其本身的不足也逐渐显露，由于电缆所处环境复杂多变，对其绝缘有着重大的挑战，在电缆传输电能时，电缆有几率产生绝缘故障。
主要通过PSCAD软件搭建电力电缆金属护层交叉互联接地系统并通过电流互感器获取电力电缆金属护层接地环流数据并进行分析，快速确定故障位置，并对接地环流造成的的影响进行分析。
关键词：电缆；接地环流；故障定位；影响因素前言近年来，随着国家的发展和城镇化的推进，各行各业都有着巨大的发展，同时各行各业的发展都离不开电力网络，其电力电缆凭借着其优秀的电气性能、机械性能在我国基础设施建设中得到了至关重要的地位。
但是电力电缆本身也有着巨大的弊端，因为需要常年埋在土壤之下，土壤中潮湿的环境、微生物腐蚀、化学腐蚀等种种因素都会对电力电缆的绝缘造成破坏，致使电缆故障率居高不下，为此研究出高效的电力电缆故障位置的监测方法是当今电力电缆领域发展的及其重要的一件事。
本文通过接地环流的变化来反映电力电缆主绝缘的变化，通过接地环流大小的实时监测来判断是否发生故障，和故障发生的位置。
有利于在发生故障时可以快速检修维护，保护人身安全和财产安全减少损失。
1.电缆护层环流理论分析及数学模型1.1电缆金属护层接地方式及对接地环流影响研究电力电缆金属护层的接地方式有很多种可以分为：直接接地、单端保护接地、中性点接地和交叉互联接地等等，电力电缆的金属护层在不同的接地形式下感应电压和接地环流的大小都有明显的不同。
(1)直接接地直接接地就是指将大地网络与电力电缆金属护层两端直接相连，这样做的条件是电力电缆不能过长。
接地环流通过金属护层和大地网络形成回路，又因为其电缆足够短，产生的感应电压不大，接地环流因此可以忽略不记。
图1电缆金属护层直接接地(2)单端保护接地单端保护接地是利用保护装置例如接地电阻等将电力电缆的金属护层的一端或两根相连的电缆的相连的那一端与大地网络相连接，电缆的另外一端选择直接接地的方法，通过这种方法能很大程度上减少接地环流，且这种方法适用于较长的电力电缆。
500kV海底电缆浅滩保护套管工程实践与运行思考
500kV海底电缆浅滩保护套管工程实践与运行思考海底电缆是指从电源站通过电缆布线将电能传输到海上设施或海上开采油气设施的电缆。
海底电缆具有传输长距离、稳定可靠等优点，但在海底地形中，电缆很容易遭受外部环境的影响，特别是在浅滩处，电缆更容易被海洋环境损伤。
因此，为了保护海底电缆免受外部环境的影响，保护套管工程应运而生。
本文主要介绍500kV海底电缆浅滩保护套管工程的实践及相关技术的运行思考。
工程简介500kV海底电缆浅滩保护套管工程位于广东省东部海域，覆盖面积约为5平方公里，工程内容主要包括：浅滩内收纳壳安装、保护套管安装、电缆张力调整、封孔、可视化管理系统建设等。
浅滩内收纳壳在浅滩区域内，为防止保护套管移动，通过使用收纳壳对其进行固定。
收纳壳主要由钢材制成，具有结构牢固、耐腐蚀、经济实用等特点。
保护套管安装保护套管作为海底电缆重要的保护措施，主要用于防护电缆免受外部环境的影响。
保护套管采用高密度聚乙烯(HDPE)材料制成，具有优异的耐腐蚀性、抗压性、抗水解性等性质。
在安装过程中，需要考虑海底地形、水深等多种因素。
电缆张力调整保护套管完成安装后，需要进行张力调整。
张力调整时需要考虑保护套管自身的强度，保证张力不会对其造成损伤。
封孔对于非安装孔位，需要进行封孔，以保证海水不会进入套管内。
封孔主要采用聚氨酯填缝剂进行填补，填缝剂具有优良的防水、维护性好的特点。
可视化管理系统建设为了方便对海底电缆的管理，可视化管理系统应运而生。
该系统可以实现对海底电缆状态的实时监控、故障预警、数据分析等功能，从而提高管理效率。
能源安全与环保意义500kV海底电缆浅滩保护套管工程的建设，可以保障中国工业生产和人民生活的电力需求，进而对提高国家工业和经济发展水平有很大的推动。
同时，建设这个工程也可以减少污染物的排放。
与传统的火力发电方式相比，海底电缆通过水平无污染方式可以降低空气污染和温室气体排放。
此外，在海底电缆运输过程中，也将减少包括船舶污染等在内的一些额外的污染物排放。
5.1.4 高压电缆的护套环流(2)
5.1 单芯电缆护套的工频电压
5.2 单芯电缆护层的冲击过电压
5.3 电缆外护层的保护及其保护器
5.1.4 高压电缆金属护套环流及其影响因素
（1）金属护套环流的的计算
金属护套交叉互联两端接地或两端直接接地的接地方式存在 护套环流。
导体 金属护套
图
两端直接接地
C相环流(A) 148 153.8 144.2
交叉互联两端接地方式下环流计算与试验的比较
【算例3】区庄—东堤线采用日本古河500mm2交联聚乙烯单芯 电缆，护套交叉互联两端接地。三小段长度分为别 0.738km 、 0.651km、 0.777km。负荷电流为 175A时，用钳表在实际线路 上测得的三相护套环流与编程计算的护套环流的有效值见表。 A相环流(A) B相环流(A) 试验值 计算1 计算2 11.2 8.6 10.1 13.8 9.9 11.6 C相环流(A) 4.5 5.8 6.8
► 由于其它相护套环流在三相护套上感应的电压Ea’，Eb’，Ec’ 与护套环流成正比。可以对方程（ 1）进行整理，并写成矩阵形 式，得到：
RRA RR12 RR13 I sa E a RR21 RRB RR23 I E sb b RR31 RR32 RRC I sc Ec
（3）金属护套环流的影响因素
负荷电流对环流的影响
在两端直接接地方式的基础上，讨论负荷电流对电缆载流量 的影响： 工作电流 100 A相环流 B相环流 C相环流 97.4 比例
80.34 120.5
160.0 200.9 241
80.5 120.8
161.1 241.7
110kV海底电缆接地方式对载流量和环流的影响
第30卷第8期2017年8月广东电力GUANGDONG ELECTRIC POWERVol.30 No.8Aug.2017doi：10. 3969/j. issn. 1007-290X. 2017. 08. 022110 k V海底电缆接地方式对载流量和环流的影响张畅生，刘龙春，陈隽(广东电网有限责任公司汕头供电局，广东汕头515000)摘要：针对长距离敷设海底电缆中间无法进行交叉互联、容易导致环流过大从而引起海缆接地系统故障的问题，以110 k V湾金线海底电缆为例，研究接地方式对电缆环流和载流量的影响，分析故障情况，提出一种金属护套接地方式的改造方案，计算改造前后电缆线路的环流、感应电势和载流量，所得结果表明，改造后的方案能有效限制金属护套的感应电压和环流，显著提高海底电缆的输送电流。
接地方式、位置与电缆环流和载流量有一定关联性，对电缆接地方式进行改造可有效解决环流问题，大大提高海底电缆载流量。
关键词：海底电缆；接地方式；电缆环流；感应电势；载流量中图分类号：TM757 文献标志码：A 文章编号：1007-290X(2017)08-0122-06Influence of Grounding Mode of 110 kV Submarine Cable onCarrying Capacity and CirculationZHANG Changsheng, LIU Longchun, Chen Jun(1. Shantou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co. , Ltd. , Shantou, Guangdong 515000, China)Abstract ：In allusion to the problem of grounding system fault of submarine cable caused by excessive circulation due to failure in cross connection grounding for long distance laying of submarine cables, this paper takes 110 kV Wanjin submarine cable for an example and studies influence of grounding mode on cable circulation and carrying capacity. On the basis of analyzing fault of the cable, it presents a transform scheme for grounding mode of metal sheath and calculates circulation, induced electromotive force and carrying capacity of the cable before and after transform. The results indicate this transform scheme can effectively restrict induced voltage and circulation of the metal sheath and obviously improve transmission current of the submarine cable. In addition, grounding mode and position has a certain relevance with cable circulation and carrying capacity ,and it is able to effectively solve the problem of circulation and greatly improve carrying capacity of the submarine cable by transforming grounding mode of the cable.Keywords：submarine cable；grounding mode；cable circulation；induced electromotive force ；carrying capacity随着海洋可再生能源的大力开发和海底电缆技 术的提升，高压海底电力电缆(以下简称“海缆”)的 使用越来越多，而交联聚乙燦（crosslinked polyethylene,XLPE)电力电缆因制造方便、成本低、隐蔽、安全而迅速发展并广泛用于海底电力传输[1_2]。
海底电缆机械冲击建模分析与计算
图1 抛石保护示意图抛石块体在沉入海底时，最初由于重力大于浮力作用而加速，随着块石运动速度的增加，液体对块石的阻力增大，经过一段距离后，重力、浮力与阻力平衡，将匀速下沉，该速度被称为自由沉降速度。
块石沉降时所受到的阻力是绕流阻力，它是由表面阻力和形状阻力两部分组成的。
表面阻力是由液体的黏滞性和流速梯度产生的切向作用力；形状阻力是因边界层的分离，物体后部产生漩涡，使该区域内压力为负值，阻止物体向前运动而形成的，形状阻力的大小取决于物体的形状和流速。
为了简化计算，将块石视作球体进行分析，且假设抛石块体在液体中的沉降状态为紊流沉降，即仅考虑形状阻力。
2 抛石运动数学建模分析2.1 竖向运动方程块石沉降过程中在垂直方向主要受到３个作用力，分别为块石的重力G 1、块石受到的浮力G f 和块石受到的流体阻力f 。
其中，重力和浮力在运动过程中均保持不变，两者的合力记为G ，如式（1）所示。
流体阻力f 与沉降速度的平方成正比，如式（2）所示：G G f mg =−=1ρρsρ−s （1）f d v =ηρ22（2）式中，m 为块石的质量，kg ；g 为重力常数，取9.8N/kg ；ρs 为块石密度，kg/m 3；ρ为海水密度，取1025kg/m 3；η为阻力系数，取0.65；d 为块石的直径。
根据球体的体积计算公式，可得到m 的计算公式，如式（3）所示：m =πd 63ρs（3）根据牛顿第二运动定律，可得：mG d v d d vt=−ηρ22 （4）令：a 1=π6ρηρs d（5）a 2=π()ρρs 6ηρ−gd（6）将式（1）、式（3）代入式（4）并进行积分，同时假设块石的初始垂直速度为0，得到v 随时间t 的变化关系，如式（7）所示：v a th a a t =212()（7）为得到抛石点与电缆之间的垂直距离h 与时间t 的关系式，将式（7）转化成式（8）所示的微分方程：d d ht=a th a a t 212() （8）对式（8）进行积分，且h 的初始值为0，得到h随时间t 的变化关系，如式（9）所示：h ch a a t =a 11ln[()]12（9）由式（8）和式（9）可推导出v 随h 的变化关系，如式（10）所示：v h a e ()1=−2−2ha 1 （10）通过式（10）便可以得到块石接触电缆瞬间的竖向速度V 。
海底电缆路由中国电力企业联合会
海底电缆输电线路工程设计规范（征求意见稿）前言根据《国家住房和城乡建设部关于印发2013年工程建设标准规范制订修订计划的通知》（建标[2010]6号）文件，为贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，实现海底电缆和光纤复合海底电缆（以下简称“海底电缆”）输电线路设计的规范化、合理化，保障海底电缆输电线路运行安全，促进我国海底电缆输电工程技术发展。
标准编制组经调查研究，认真总结国内外海底电缆线路设计经验，在广泛征求意见的基础上，制定本标准。
本标准共分9章和1个附录，包括：总则，术语，海底电缆路由，海底电缆型式与结构，海底电缆附件选择与配置，海底电缆敷设，海底电缆保护，环境保护，海底电缆线路附属设施等。
本标准由XXX负责管理，XXX提出，XXX负责日常管理，XXX负责具体技术内容解释。
执行过程中如有意见或建议，请寄送XXX。
本标准主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人员：主编单位：中国电力企业联合会、浙江省电力公司；参编单位：舟山供电公司、中国电力工程顾问集团中南电力设计院、中国南方电网超高压输电公司参加单位：上海电缆研究所、宁波东方电缆股份有限公司、中天科技海缆有限公司、江苏亨通高压电缆有限公司、普睿司曼中国有限公司、国家海洋局第二海洋研究所、东海海洋工程勘察设计研究院、宁波诺可电子科技发展有限公司主要起草人：XXX、XXX、主要参加人：XXX、XXX、主要审查人： XXX、XXX、目次前言....................................................................................................................................................... I I1 总则 (1)2 术语和定义 (2)3 海底电缆路由 (4)3.1路由选择一般规定 (4)3.2海域段路由 (4)3.3登陆段路由 (4)3.4路由勘察 (5)3.5风险评估 (5)4 海底电缆型式与结构 (6)4.1海底电缆型式选择 (6)4.2电缆导体及截面选择 (6)4.3电缆绝缘类型 (6)4.4电缆护层类型 (7)4.5复合光缆 (7)5 海底电缆附件选择与配置 (8)5.1电缆终端 (8)5.2海底电缆接头 (8)5.3锚固 (9)5.4充油海底电缆供油系统 (9)5.5电缆防雷与接地 (10)6 海底电缆敷设 (11)6.1一般规定 (11)6.2敷设要求 (11)7 海底电缆保护 (12)7.1一般规定 (12)7.2保护要求 (12)7.3运行管理防护措施 (12)8 环境保护 (13)8 环境保护 (13)9 海底电缆附属设备和附属设施 (14)本标准用词说明 (15)引用标准名录 (16)条文说明 (17)1 总则1.0.1 为了在海底电缆线路设计中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做到安全可靠、先进适用、经济合理、资源节约、环境友好，制定本标准。
高压XLPE电缆金属护套环流的计算分析
黄 宏 新 ， 何 建 ， 罗 进 圣 ， 陈 小 林 ， 成 永 红
（． １ 杭州市 电力局 ，杭州 ３ ００ ；２ 西安交通大学 ，西 安 ７０４ ） １０９ ． １０９
摘 要 ：分 析 高 压 Ｘ Ｐ 电缆 金 属 护 套 中环 流 的 组 成 ，介 绍 了 电缆 金 属 护 套 中 电容 电 流 、感 应 电 势 、 ＬＥ 感 应 电 流 的 计 算 模 型 ， 比 较 了 典 型 １０ｋ 、 ２０ｋ １ Ｖ ２ Ｖ高 压 电 缆 在 单 端 接 地 和 交 叉 互 联 接 地 两 种 接 地 方
式 下 电缆 金 属 护 套 环 流 的计 算 和 实测 结 果 ，讨 论 了 金 属 护 套 环 流 计 算 结 果 的影 响 因素 。 关 键 词 ：Ｘ Ｐ 电缆 ；金 属 护 套 ； 电容 电流 ；感 应 电流 ；环 流 ＬＥ
中 图分 类 号 ：Ｔ ４ Ｍ２ ７ 文献标识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： １０ ０ ７—１８ （ ０ ８ ０ —０ ６ ８ １ ２ ０ ） ３ ０ ０—０ ３
的感 应 电势 为 ：
＼． Ｕ一 ｌ 。 ＊ 七
｛Ｕ ＝一／ １ｊｏ ３ ｓ ／ Ｘ ＋／ 。 Ｘ （ ３）
ｌ ： ＋ 凰 一
维普资讯
２ ０ 年第 ３ ０８ 期
电缆 线芯
浙 江 电 力
６ １
觚 葡子 亓 产
（） 意图 ａ 示
感抗 分别 为 ：
ｔ＝
２１ ５ ×１ ７ ０—
金 属 护 套 单 端 接 地 时 ，金 属 护 套 中 的环 流 就 等 于 电缆 的 电 容 电 流 。表 １给 出 了某 电 缆 厂 生 产 的 Ｙ Ｌ ３ ４ １ Ｖ 一１ ０ ｍ２ Ｊｗ０ —６／１０ｋ ×４０ｍ
高压交联聚乙烯绝缘海底电缆载流量分析
关键词 ：海底 电缆
载流量分析
文 献 标 识 码 ：Ｂ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｙｗ ｒ ：Ｓｕ ｍ ａ ｉ ｅｃ ｂｌ Ｃｕ ｒ ｎｔ ａ ｒ ｎｇ ａ ｌ ｉ ｂ ｒｎ ａ ｅ ｒｅ ｒｙｉ ｎａｙｓｓ ｃ
图２ 三 芯海 缆 典 型 结 构 示 意
虑新 的结构布 置方案 。对三 芯结 构海缆而言 ，由于 其原 有结构的相 间填 充空 间充裕 ，完全可满足新增 光缆 的空 间要求 ，对 海缆载流能 力基本无影 响 ，光 缆运 行安 全可 靠 ，见图２ 。而单 芯结构 海缆 ，由于
原有截面结 构没有空 隙 ，故专 门增加一 层用于布置
● 实 用 技 术 与管 理
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高 压 交联 聚 乙烯 绝缘 海 底 电缆载 流 量 分析
Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｇ ｌ ｇ ａｙ ｉ ｆ Ｈｉ ｈ Ｖｏ ｔ ｅＸＬＰＥ ｕ ｍａ ｉ ｂ ｅＣｕ ｒ ｎ ｒｙ ｎ ｐａ ｉ ａ Ｓ ｂ ｒｎｅＣａ ｌ ｒｅ ｔＣａｒ ｉ ｇ Ｃａ ｃｔ ｙ
中 图 分 类 号：Ｔ ５ ． Ｍ７ ７４
１引言 ．
目前 ， 海 缆 载 流 量 的 计 算 主 要 依 据 Ｉ Ｃ Ｅ ６２７ ０ ８ 以及相 关 的 国际标 准 ” ，３ Ｉ Ｃ６ ８ ３ Ｅ 。 ￣ Ｅ ０ ５ 、Ｉ Ｃ ｔ ｌ
１导 体 ． ２ 导体屏蔽 ． ３ 主绝缘 ． ４ 绝 缘 屏 蔽 ． ５ 阻水 膨 胀 带 ． ６ 铅 合 金 护 套 ．
截面 、相 同的 各 层材料选 型 ，三 芯海 缆的 损耗 （ 包 括磁 滞损耗 、涡 流 损耗和 环流 损耗 ） 小 ，体现 在 较 载 流量 计 算 中所 用 的 损 耗 因素 小 ，有 利 于 载 较 流 ；从 磁滞 损耗 角 度考 虑 ，三芯 结构 有 利于 铠 装 金属材 料 的选 型 ；从 导 体散 热 的环 境 热 阻考 虑 ，