您好, 歡迎來到化工儀器網
電力電纜相序阻抗計算與分析
電力電纜相序阻抗計算與分析
隨著城市建設的飛速發展和城市規劃的要求,城區220 kV和110 kV線路大量采用電力電纜,而電力電纜參數的準確性（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理論計算方法、高壓驗電器測量方法和其特點規律進行分析和研究,以便于指導生產實際。
1 電纜參數計算和分析
電纜線路參數與金屬護套接地方式、互聯和換位、回流線和回路數有關,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,金屬護套的感應電壓在護套形成的閉環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 高壓驗電器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接地,而鄰近無其它平行的接地導線,則在電網發生單相接地故障時,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或交叉互聯接地時,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,高壓驗電器回路電阻為金屬護套的并聯電阻,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,金屬護套兩端互聯時,電纜的零序單位阻抗Z0一般略大于Z1和Z2。
2 電纜參數測試方法
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,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,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X1的3倍。
（3）金屬護套一端直接互聯接地與兩端互聯接地時,電纜正、負序單位阻抗值的相差不大。
（4）金屬護套一端直接互聯接地與兩端互聯接地的電纜零序單位阻抗值相差近十倍。
4 結論
本文通過理論計算和實測方法,對高壓電力電纜線路相序阻抗參數與金屬護套接地互聯方式等方面的關系以及各序阻抗之間的關系進行研究分析,從而對電纜線路參數的規律和特點有了正確認識和理解,有利于繼電保護裝置的正確整定,可靠運行。