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[摘 要]本文介绍了先锋水电厂投运以来主变低压侧电缆金属护层两端接地运行出现的问题和解决的方法；并对接地环流进行了实测，对正三角形，水平排列金属护层的感应电压进行了理论分析与计算，提出了正三角形排列—单端接地的结论和建议。同时根据先锋水电厂单相电缆的敷设存在的问题，提出了单相电缆敷设必须注意的事项。
一、先锋水电厂电缆的使用介绍
二、主变低压侧电缆金属护两端接地的环流过大的分析
三、单端接地是解决单相电缆金属护层环流过大的最好办法
四、单相电缆在敷设中应注意的问题
五、结论和建议
[关键词]三相电缆；单相电缆；环流；感应电压；单端接地
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0207-02
先锋水电厂第一：台机组于2005年4月中旬开始投运，首台机组运行2个月后，主变低压侧电缆头出现爆裂现象，经过处理电缆头（更换电缆头的热缩套）继续投入运行。当时对电缆金属护层的接地环流并未引起足够的重视，到同年8月，主变低压侧的多个电缆头出现的更严重的爆裂情况。我们对接地电流进行了实测，发现总的接地环流高达135A，为了安全起见，在同年9月1日主变低压侧的9个电缆头全部重做，金属护层的接地方式采用同相的三根电缆交叉互联接地。经实测，接地环流降至可接受的范围。
先锋水电厂的2#机组于2005年11月投入运行，两台机组运行后主电缆的一次电流增大接地环流必然增大，经过实测，接地环流高达35A。经过分析与测试后决定采用单端接地来彻底消除环流。在2006年丰水期到来之时，主变低压测电缆已按单端接地方式运行，经实测单端接地后数据符合有关规程的要求。
一、先锋水电厂单相电缆的使用介绍
先锋水电厂6kV系统的主电缆全部是采用分相的单相电缆，6kV母线到发电机出口采用3根1×400mm2的分相电缆（每相一根），6kV母线到主变低压侧采用9根1×400mm2型号为8.7/15kV的聚氯乙烯电缆（每相三根）。发电机出口到6kV母线基本是三根电缆水平排列， 6kV母线至主变低压侧的9根电缆敷设于同一电缆沟，基本上是无规则敷设，主变低压侧至6kV母线段的电缆长度约500m。发电机出口到6kV母线（高压室）段的电缆长度约50m，其接线简图如下。
二、主变低压侧电缆金属护层两端接地环流过大的分析
先锋水电厂主变低压测至高压室采用9根单相电缆连接，每相三根，这相当于同一电缆沟敷设了三条回路。由于敷设时，各回路的电缆并未形成有规则的摆设，使得各电缆的自身的感应电动势和互相感应的电动势不一样，最终使得同相的三根电缆的主电流相差较大，从而进一步加剧的每根电缆的感应电动势的不平衡，这一点可以从两端接地时的实测数据得到证实。
两端接地时环流实测表（以A相为例）
根据环流的实测情况可以看出，两端接地时金属护层的接环流高达一次主电流的40%以上，A相总的接地电流达135A。如此大的电流必然会引起电缆发热，且在电缆接地线的焊接处发热量更大。先锋水电厂主变低压侧的电缆头热缩套爆裂就是由于这个原因。
为什么会出现如此大的环流呢？这可以通过电磁学原理来解释。电缆主导体通过交流电流时，在交变电场的作用下，金属屏蔽层必然感应一定的电动势E，由于两端直接接地，金属护层形成了通路，这必将产生环流。对于三相电缆带平衡负荷，或是三相三线制供电模式时，三相电流向量和为零，金属屏蔽层的感应电动势叠加为零，因此其金属护层的感应电动势为零，可以两端直接接地。单相电缆的情况就完全不一样，每相之间存在一定的距离，感应电动势不能抵消。查阅有关资料单相电缆金属护层感应电动势的大小与电缆的长度和线芯负荷电流成正比，还与电缆排列的中心距离，金属屏蔽层的平均直经有关。
单相电缆正三角形排列时，金属屏蔽层单位长度的感应电动势可按以下公式计算：
E1=2uILn（2S/D）×10-7（V/m）
电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，金属屏蔽的单位长度的感应电压可按下式计算：
U=I（V/m）
Xs=2uLn（2S/D）×10-7s2/m
Xm=2uLn2×10-7s2/M
I—负荷电流 S—电缆中心距离 D—电缆屏蔽层的平均直径
以YJSY8.7/15kV 1×300电缆，负荷电流为200A，当电缆“品”字形（正三角形）紧贴排列时，算得金属护层的感应电压为10.7v/km。当水平排列紧贴时最大相的感应电压时16.9v/km，当电缆间距为200mm时，最高相的感应电压为36.1v/km。
先锋水电厂主变低压侧电缆的排列是无规则的，但参照以上的公式来计算主电流为150A时电缆屏蔽层的感应电动势应在30～100伏之间。 根据电缆的结构分析和计算，两端接地每根电缆主电流为150A时，接地环流应在20～50A之间。
三、单端接地是解决单相电缆金属护层环流过大的最好办法
根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-94）的有关规定：交流单相电力电缆的金属护层必须直接地，且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电压应符合下列规定。①未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V。②除①项情况外，不得大于100V。
单相电缆金属护层的感应电压与一次电流，电缆的长度和电缆的敷设有密切的关系，如果电缆长度较短或利用率很低时，其金属护层可采取两端接地方式（全接地）。但是根据目前的电缆的使用情况，一般负荷都不会很低，特别是发电厂，其负荷者比较稳定。如果采用两端接地必须会引起电缆头发热，甚至有可能威胁到电缆（头）的安全运行。要彻底解决环流的问题，对于单芯分相电缆最好的办法是单端接地（单点接地）。因为单端接地时，各相的电缆金属护层互不形成回路，环流必然为零。单端接地有如下几种方式。 1、一端接地，另一端悬空。这种接地方式适用于一端接地另一端的感应电压不超过规定值（50V），一般接地端选在室外或是线路侧。
2、中间接地，两端悬空。这种方式适用于如果一端接地时，另一端感应电压超过规定值，且电缆又不是很长，当采用此接地方式时，悬空的两端的感应电压符合有关规定。
3、分隔成多单元单点接地
这种方式适用于电缆线路，把长电缆分间成独立的多个短电缆后单端接地。
另外，如果要考虑到单端接地时未接地端在冲击情况下可能发生的感应电压会对电缆外层对地绝缘造成威胁时，可以考虑在未接地端装设电缆护层绝缘保护器（金属护层电压限制器）。先锋水电厂主变低压侧电缆金属护层的接地方案选择为单端接地，未接地端采用低压避雷器作为护层绝缘保护器。
根据测量数据显示其感应电动势低于有关规定，符合电缆安全运行的要求。
四、单相电缆（分相电缆）在敷设中应注意的问题
单相电缆在先锋水电厂中使用并没有引起重视，在敷设的时候，碰伤电缆的外护套，在穿过金属（磁性）构架时，如电缆盒（磁性金属盒），并未把A、B、C三相电缆同时穿过同一电缆盒等等。
在先锋水电厂运行过程中出现了电缆外护套的碰伤外刚好与地接触，即钢铠的两端已形成了两点接地；在碰伤处放电，引起该处的温度达80～90℃，极易引起火灾。另外，在先锋水电厂的厂房内，由于A、B、C三相单芯电缆并未同时摆设在同一电缆盒内（金属槽盒），由于电磁感应的作用使得金属槽盒产生强烈的涡流，温度高达80～90℃，极其容易引起事故。
所以单相电缆在敷设中应注意几个问题：
第一、在放电缆的时候尽量不要碰伤外护套，如果碰伤，应及时处理好。
第二、单相电缆穿过金属构架时，应该A、B、C三相电缆同时穿过同一闭环构架。如通过电缆槽盒时，不能是A、B相放在一个电缆槽盒，而C相放在另一电缆槽盒。
第三、固定单相电缆时不宜使用磁性材料，因为使用磁性材料时会产生涡流。
第四、在敷设电缆时，最好是能把电缆排成“品”字形紧贴摆放，这样可以有效地降低金属护层的感应电动势。
五、结论和建议
1、单相电力电缆和三相电力电缆在使用和敷设中有很大的差别，我们使用的三芯电缆较多，因此对三芯电缆的使用和敷设积累了许多经验，正是由于这促经验的影响，在使用单相电缆时也按照三相电缆的方法来使用，—这样做是极其危险的。
2、以降低电缆金属护层的感应电压来考虑，单相电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列，并在间隔1～1.5m之间用非磁性带扎紧。
3、以消除环流损耗和确保电缆头的安全运行来考虑，应提倡金属护层一端接地方式。
4、单相电缆穿过闭环的金属构架时，必须是A相、B相、C相的电缆一同穿过。只有这样闭环的金属构架才不会产生感应电势和涡流。
参考文献
[1] 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-94）.
[2] 高等学校教材《发电厂电气部分》第二版，四川联合大学，范锡普主编，水利力出版社出版。
作者简介
冼贺莉，女（1983--）广西贺州人，工程师
一、先锋水电厂电缆的使用介绍
二、主变低压侧电缆金属护两端接地的环流过大的分析
三、单端接地是解决单相电缆金属护层环流过大的最好办法
四、单相电缆在敷设中应注意的问题
五、结论和建议
[关键词]三相电缆；单相电缆；环流；感应电压；单端接地
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0207-02
先锋水电厂第一：台机组于2005年4月中旬开始投运，首台机组运行2个月后，主变低压侧电缆头出现爆裂现象，经过处理电缆头（更换电缆头的热缩套）继续投入运行。当时对电缆金属护层的接地环流并未引起足够的重视，到同年8月，主变低压侧的多个电缆头出现的更严重的爆裂情况。我们对接地电流进行了实测，发现总的接地环流高达135A，为了安全起见，在同年9月1日主变低压侧的9个电缆头全部重做，金属护层的接地方式采用同相的三根电缆交叉互联接地。经实测，接地环流降至可接受的范围。
先锋水电厂的2#机组于2005年11月投入运行，两台机组运行后主电缆的一次电流增大接地环流必然增大，经过实测，接地环流高达35A。经过分析与测试后决定采用单端接地来彻底消除环流。在2006年丰水期到来之时，主变低压测电缆已按单端接地方式运行，经实测单端接地后数据符合有关规程的要求。
一、先锋水电厂单相电缆的使用介绍
先锋水电厂6kV系统的主电缆全部是采用分相的单相电缆，6kV母线到发电机出口采用3根1×400mm2的分相电缆（每相一根），6kV母线到主变低压侧采用9根1×400mm2型号为8.7/15kV的聚氯乙烯电缆（每相三根）。发电机出口到6kV母线基本是三根电缆水平排列， 6kV母线至主变低压侧的9根电缆敷设于同一电缆沟，基本上是无规则敷设，主变低压侧至6kV母线段的电缆长度约500m。发电机出口到6kV母线（高压室）段的电缆长度约50m，其接线简图如下。
二、主变低压侧电缆金属护层两端接地环流过大的分析
先锋水电厂主变低压测至高压室采用9根单相电缆连接，每相三根，这相当于同一电缆沟敷设了三条回路。由于敷设时，各回路的电缆并未形成有规则的摆设，使得各电缆的自身的感应电动势和互相感应的电动势不一样，最终使得同相的三根电缆的主电流相差较大，从而进一步加剧的每根电缆的感应电动势的不平衡，这一点可以从两端接地时的实测数据得到证实。
两端接地时环流实测表（以A相为例）
根据环流的实测情况可以看出，两端接地时金属护层的接环流高达一次主电流的40%以上，A相总的接地电流达135A。如此大的电流必然会引起电缆发热，且在电缆接地线的焊接处发热量更大。先锋水电厂主变低压侧的电缆头热缩套爆裂就是由于这个原因。
为什么会出现如此大的环流呢？这可以通过电磁学原理来解释。电缆主导体通过交流电流时，在交变电场的作用下，金属屏蔽层必然感应一定的电动势E，由于两端直接接地，金属护层形成了通路，这必将产生环流。对于三相电缆带平衡负荷，或是三相三线制供电模式时，三相电流向量和为零，金属屏蔽层的感应电动势叠加为零，因此其金属护层的感应电动势为零，可以两端直接接地。单相电缆的情况就完全不一样，每相之间存在一定的距离，感应电动势不能抵消。查阅有关资料单相电缆金属护层感应电动势的大小与电缆的长度和线芯负荷电流成正比，还与电缆排列的中心距离，金属屏蔽层的平均直经有关。
单相电缆正三角形排列时，金属屏蔽层单位长度的感应电动势可按以下公式计算：
E1=2uILn（2S/D）×10-7（V/m）
电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，金属屏蔽的单位长度的感应电压可按下式计算：
U=I（V/m）
Xs=2uLn（2S/D）×10-7s2/m
Xm=2uLn2×10-7s2/M
I—负荷电流 S—电缆中心距离 D—电缆屏蔽层的平均直径
以YJSY8.7/15kV 1×300电缆，负荷电流为200A，当电缆“品”字形（正三角形）紧贴排列时，算得金属护层的感应电压为10.7v/km。当水平排列紧贴时最大相的感应电压时16.9v/km，当电缆间距为200mm时，最高相的感应电压为36.1v/km。
先锋水电厂主变低压侧电缆的排列是无规则的，但参照以上的公式来计算主电流为150A时电缆屏蔽层的感应电动势应在30～100伏之间。 根据电缆的结构分析和计算，两端接地每根电缆主电流为150A时，接地环流应在20～50A之间。
三、单端接地是解决单相电缆金属护层环流过大的最好办法
根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-94）的有关规定：交流单相电力电缆的金属护层必须直接地，且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电压应符合下列规定。①未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V。②除①项情况外，不得大于100V。
单相电缆金属护层的感应电压与一次电流，电缆的长度和电缆的敷设有密切的关系，如果电缆长度较短或利用率很低时，其金属护层可采取两端接地方式（全接地）。但是根据目前的电缆的使用情况，一般负荷都不会很低，特别是发电厂，其负荷者比较稳定。如果采用两端接地必须会引起电缆头发热，甚至有可能威胁到电缆（头）的安全运行。要彻底解决环流的问题，对于单芯分相电缆最好的办法是单端接地（单点接地）。因为单端接地时，各相的电缆金属护层互不形成回路，环流必然为零。单端接地有如下几种方式。 1、一端接地，另一端悬空。这种接地方式适用于一端接地另一端的感应电压不超过规定值（50V），一般接地端选在室外或是线路侧。
2、中间接地，两端悬空。这种方式适用于如果一端接地时，另一端感应电压超过规定值，且电缆又不是很长，当采用此接地方式时，悬空的两端的感应电压符合有关规定。
3、分隔成多单元单点接地
这种方式适用于电缆线路，把长电缆分间成独立的多个短电缆后单端接地。
另外，如果要考虑到单端接地时未接地端在冲击情况下可能发生的感应电压会对电缆外层对地绝缘造成威胁时，可以考虑在未接地端装设电缆护层绝缘保护器（金属护层电压限制器）。先锋水电厂主变低压侧电缆金属护层的接地方案选择为单端接地，未接地端采用低压避雷器作为护层绝缘保护器。
根据测量数据显示其感应电动势低于有关规定，符合电缆安全运行的要求。
四、单相电缆（分相电缆）在敷设中应注意的问题
单相电缆在先锋水电厂中使用并没有引起重视，在敷设的时候，碰伤电缆的外护套，在穿过金属（磁性）构架时，如电缆盒（磁性金属盒），并未把A、B、C三相电缆同时穿过同一电缆盒等等。
在先锋水电厂运行过程中出现了电缆外护套的碰伤外刚好与地接触，即钢铠的两端已形成了两点接地；在碰伤处放电，引起该处的温度达80～90℃，极易引起火灾。另外，在先锋水电厂的厂房内，由于A、B、C三相单芯电缆并未同时摆设在同一电缆盒内（金属槽盒），由于电磁感应的作用使得金属槽盒产生强烈的涡流，温度高达80～90℃，极其容易引起事故。
所以单相电缆在敷设中应注意几个问题：
第一、在放电缆的时候尽量不要碰伤外护套，如果碰伤，应及时处理好。
第二、单相电缆穿过金属构架时，应该A、B、C三相电缆同时穿过同一闭环构架。如通过电缆槽盒时，不能是A、B相放在一个电缆槽盒，而C相放在另一电缆槽盒。
第三、固定单相电缆时不宜使用磁性材料，因为使用磁性材料时会产生涡流。
第四、在敷设电缆时，最好是能把电缆排成“品”字形紧贴摆放，这样可以有效地降低金属护层的感应电动势。
五、结论和建议
1、单相电力电缆和三相电力电缆在使用和敷设中有很大的差别，我们使用的三芯电缆较多，因此对三芯电缆的使用和敷设积累了许多经验，正是由于这促经验的影响，在使用单相电缆时也按照三相电缆的方法来使用，—这样做是极其危险的。
2、以降低电缆金属护层的感应电压来考虑，单相电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列，并在间隔1～1.5m之间用非磁性带扎紧。
3、以消除环流损耗和确保电缆头的安全运行来考虑，应提倡金属护层一端接地方式。
4、单相电缆穿过闭环的金属构架时，必须是A相、B相、C相的电缆一同穿过。只有这样闭环的金属构架才不会产生感应电势和涡流。
参考文献
[1] 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-94）.
[2] 高等学校教材《发电厂电气部分》第二版，四川联合大学，范锡普主编，水利力出版社出版。
作者简介
冼贺莉，女（1983--）广西贺州人，工程师