高压交流电缆对同廊金属管线的电磁影响分析

作     者：王亚婕 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：卢铁兵

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高压电缆 同廊敷设 多导体传输线 金属管道 交叉互联 双回路 

摘      要：随着城市的快速发展以及对市容景观要求的不断提高,架空输电线路逐渐被地下电缆所取代。由于城市地下空间资源紧张,高压电缆与油气管道的路径规划具有相似性,因此不可避免地出现同廊敷设的情况。高压电缆产生的电磁场可能会对邻近金属管线和其他电气设备造成不同程度的干扰,严重时甚至会导致安全事故的发生。本文围绕110kV高压电缆对地下同廊敷设金属管线的电磁影响进行研究。首先,基于多导体传输线理论,建立了三相电缆与金属管道邻近敷设时的电磁影响分析模型,提出基于级联参数矩阵的金属管道感应电压的计算方法,给出不同敷设方式下,单位长度阻抗矩阵和导纳矩阵的计算公式,计算方法可拓展至交叉互联、交叉跨越等复杂情况。通过与已有算例对比,验证了建模及计算方法的准确性。其次,对单回电缆输电对金属管道的电磁影响进行研究。无论电缆正常或短路运行,电缆屏蔽层采用交叉互联接地时,金属管道上的感应电压较屏蔽层首端接地时更大。设定电缆屏蔽层采用交叉互联,对影响埋地金属管道感应电压的因素逐一分析,高压电缆与金属管道的并行长度、并行间距,电缆屏蔽层端部接地电阻以及交叉角度对管道感应电压有较大的影响,同一影响因素在电缆正常和短路运行两种工况下,对金属管道的影响也略有不同。最后,对两回电缆输电时,运行回路数、相序排列以及电缆屏蔽层接地电阻对埋地金属管道感应电压的影响进行分析。电缆仅单回运行与双回同时运行对管道感应电压影响不大。当双回电缆同时运行时,若以短路故障为主参考,宜采用品字型、逆相序排列,此时短路电流在管道上产生的感应电压最小。另外,电缆正常运行工况下,电缆采用一字型、正相序排列时管道感应电压随电缆屏蔽层接地电阻的增大明显减小,而采用品字型、逆相序排列时管道感应电压反而随接地电阻的增大小幅度增大。研究结果可用于指导电力电缆与金属管道同廊敷设时电缆线路的设计和运行,合理的设计规划可有效地减小对邻近金属管道的电磁影响。