（国网厦门供电公司 福建省厦门市 361004）
摘要:无论是架空线路旁路作业还是电缆不停电作业(统称配电网综合不停电作业)，在作业中均需组建旁路系统，为保证作业人员的安全，旁路系统中的各个设备应做好保护接地措施。但由于旁路作业设备结构自身的特点，旁路柔性电缆的金属护层借助旁路负荷开关或环网柜金属外壳采用2端接地保护。这种接地保护的设置方式，在旁路柔性电缆投入运行承载负荷电流后，将在其金属护层产生环流，对旁路电缆寿命、作业过程安全、系统运行时的能量损耗均产生一定的影响。本文就此展开简要的探讨。
关键词:不停电作业;架空线路;电缆线路;柔性电缆;保护接地
1 旁路作业设备保护接地的实现方法
旁路作业设备主要包括旁路负荷开关、旁路柔性电缆和旁路柔性电缆接头等，按照电气设备运行的要求，其可触及的金属外壳均需做好保护接地的措施，以防止发生接触电压触电，且保护接地电阻应不大于10Ω。
图1为10kV架空配电线路旁路作业的旁路系统示意图，旁路负荷开关的外壳有专用的接地端子和接地线，旁路柔性电缆内部金属屏蔽层和铠装层（以下简称金属护层）通过电缆连接器（快速插拔式电缆终端、双通连接器、“T”型连接器）实现互联，然后借助旁路负荷开关的快速插拔式接口在旁路负荷开关的外壳实现保护接地。
图2为10kV电缆线路旁路作业的旁路系统示意图。接入10kV环网柜（分支箱）的旁路柔性电缆终端具有接地保护线。旁路柔性电缆金属护层同样通过电缆连接器（快速插拔式电缆终端、双通接器、“T”型连接器）实现互联后，借助环网柜外壳接地实现保护接地。配电网综合不停电作业中旁路设备的接地保护可以保护电缆不停电作业人员避免受到过电压波或正常负荷电流流过旁路柔性电缆芯线时在其金属护层出现的感应冲击电压或普通感应电压接触电压触电。
2 存在的问题分析
2.1 旁路柔性电缆金属护套环流的产生和大小
电力规程规定，35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式。35kV及以下电压等级的电缆多为三芯电缆，如10kV电力电缆。三芯电缆在正常运行时，三根线芯分别流过A、B、C三相交流电流，根据基尔霍夫电流定律，其相量和为零，因而在电缆的金属护层上基本没有交链的磁通，两端感应出的电压很小，金属护套两端接地在其内流通的感应电流很小基本可以忽略，其接地保护的作用也更好。
旁路柔性电缆为单芯电缆，而高压单芯电缆金属护层的保护接地方式通常采用护层一端直接接地，另一端通过护层保护再接地;或护层中点直接接地，两端金属护层通过保护再接地;以及电缆换位金属护套交叉互联等方式。而金属护套两端接地的方式仅适用于电缆极短同时负载较小的电缆线路。图1中10kV架空线路旁路作业旁路系统的两台旁路负荷开关Q1和Q2之间的旁路柔性电缆由于两端都通过旁路负荷开关的金属外壳采取了保护接地，图2中10kV电缆线路旁路作业的旁路系统的旁路柔性电缆两端都通过环网柜金属外壳采取了保护接地。这时旁路柔性电缆与普通高压单芯电缆一样其芯线与金属护层组成了相当于原副线圈变比为1∶1的变压器，芯线通过电流时就会有磁力线交链于铠装层和金属屏蔽层，使它的两端出现较高的感应电压，在金属护层与通过大地构成的闭合回路伤流过环流，其原理图如图3所示。
从式（3）中可以看出，如果忽略电缆芯线和金属护层自感系数的差异，金属护层上的环流大小主要取决于接地电阻的大小，如果接地电阻为0，则金属护层上的电流有效值与芯线电流有效值相等。根据运行经验单芯电缆的金属护层采用两端直接接地的接地保护方式，在金属护层上产生可达50%至95%线芯电流的环流。由于在配电网不停电作业中，旁路柔性电缆投入运行后其承载负荷电流的时间较长，包括原待检修电缆停复役和更换的时间（在架空线路上实施综合不停电作业时，包括两端绝缘遮蔽隔离、架空线路停复役和更换的时间），动辄需要1d，金属护层上的环流在旁路柔性电缆金属护套及保护接地线上积累热量，引起电缆温升，在降低电缆负载能力的同时加速其绝缘老化。
2.2 旁路柔性电缆金属护套环流对测量分流电流的影响
在配电网综合不停电作业中，当旁路系统组建完成，通过倒闸操作将其投入运行后，为了确认旁路系统的负载情况，按照作业流程需要使用钳形电流表测量其实际电流。但当用钳形电流表测量不同位置的旁路柔性电缆时，测得的电流数值区别很大。图1中Q1、Q2至架空线路之间，旁路柔性电缆只在旁路负荷开关一侧采取了保护接地，其金属护套与大地之间不能构成回路，因此就不会有环流对测量的准确性造成影响，可测得约50%的负载电流。但图1中Q1、Q2之间以及图2中H1、H2之间，因为旁路柔性电缆金属护套两端通过旁路负荷开关或环网柜金属外壳接地后，内部芯线电流和金属护套感应环流的共同作用，钳形电流表不能正确测出旁路柔性电缆的实际负载电流。其测得的电流应为
从图4中，可知钳形电流表所测得的电流有效值应在（1～1.414）倍的芯线负载电流有效值。这将不利于综合不停电作业中对旁路系统接线是否良好的判断。
3 解决措施
旁路柔性电缆作为10kV配电网络综合不停电作业专用工具，应保证其使用寿命和使用的安全，并且在综合不停电作业旁路系统投入运行后，为有利于判断电流分流的情况，应尽可能准确地测量其电流。因此必须采取合适的保护接地措施，即其金属护层采用一点接地的方式来截断环流，避免电缆发热和提高测量的准确性。但是在以下情况下，在旁路柔性电缆金属护层不接地的一端会产生较高的感应电压:（1）当雷电流或过电压波流过电缆芯线时，将出现很高的冲击电压;（2）系统发生短路时，将出现较高的工频感应电压;（3）当负荷电流较大，电缆长度较长时，将有较大的工频感应电压。
按照电力工程电缆设计的要求，单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，任一点的感应电压不应超过50～100V（未采取不能任意接触金属护套的安全措施时不大于50V;如采取了有效措施时，不得大于100V），并应对地绝缘。从保证综合不停电作业安全的角度来考虑，选择在正常运行条件下不超过50V。旁路柔性电缆的额定电流一般为200A，进行10kV配电网综合不停电作业的条件之一是旁路柔性电缆的额定电流应大于等于1.2倍的待检修线路的负载电流。这里用200A来简单计算一下感应电压不超过50V时旁路柔性电缆的长度。
从式（2）可以看出，旁路柔性电缆金属护层上的感应电动势的有效值即等于芯线上的电压降的有效值，如旁路柔性电缆单位长度的阻抗值按照普通电力电缆取0.08Ω/km，则旁路柔性电缆的长度L应为:
按照国家电网公司《10kV电缆线路不停电作业技术导则》（Q/GDW710-2012），实施10kV电缆旁路作业时，旁路柔性电缆长度不应大于3km。实施10kV架空线路不停电作业时，所需的旁路柔性电缆总长度一般都较短。因而从式（5）可知，10kV综合不停电作业中旁路柔性电缆的金属护层如采用一端接地的方式，在正常运行条件下另一端并不会感应出超过50V的电压。当然在雷电流、过电压波、短路电流的作用下，其感应电压降升高几十倍。这时可能对作业人员的安全带来一定的危险，且当冲击感应电压或工频感应过电压超过旁路柔性电缆外护层绝缘水平时，外护层击穿多点接地后在旁路柔性电缆金属护层上形成环流。因此三相旁路柔性电缆的金属护层的保护接地应采用一端互联接地，另一端加装护层保护器的方式;当旁路柔性电缆较长时，可采用中间接地，两端加装护层保护器的方式。而旁路柔性电缆的要实现上述保护接地方式，必须改进现在的设备条件，如将旁路柔性电缆本体的金属护层与其快速插拔式电缆终端外壳之间绝缘，专门引出接地用的具有绝缘护套的引线，在需要的时候进接地或接到护层保护器，不需要接地时用绝缘胶布将其接线端子进行绝缘防护即可。同时在敷设旁路柔性电缆时，使3根电缆尽量靠近或按照品字形布置，使得三相电流产生的磁场互相影响，尽量使空间磁场变小，从而降低感应电压。
4 结语
综合不停电作业对设备如旁路柔性电缆等的依赖比较大，这些设备具有施工工具的使用特点（即频繁使用并且在运行中作业人员触及其外壳的可能性较大），为提高作业安全性和使用寿命，应合理选择保护接地方式。
参考文献
[1]10kV配网小型旁路系统作业方法研究[J].刘夏清,牛捷,李金亮,周冠东,杨琪,徐溧,隆晨海,易子琦.机电工程.2016（04）.
[2]探析10kV电缆线路不停电作业技术[J].刘统周,李传兴,石川.电子制作.2016（04）.
作者简介
郭永平（1979.8），男，福建龙海人。华北电力大学电气工程及其自动化学士，高级工程师，单位：国网厦门供电公司，方向：配电运检。
论文作者:郭永平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
标签：旁路论文; 电缆论文; 柔性论文; 作业论文; 金属论文; 护套论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第4期论文;