11OkV及以上高压电缆线路的设计

第４１卷　云南电力技术　Ｖｏ１．４１增刊　２０１３年３月　ＹＵＮＮＡＮ　ＥＩ　ＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　Ｍ　２０１３　１　１　０　ｋＶ及以上高压电缆线路的设计　李久程　（云南电网公司昆明供电局，云南昆明６５００２１）　摘要：结合工程实例，对１１０ｋＶ及以上高压电缆线路设计中外护套的选择、回流线的选择与布置、电　缆直接接地端的选择、长电缆线路实施绝缘分割交叉互联接地时段长不均匀的问题、电缆敷设方式的选　择等问题作阐述。提出了具体解决措施。　关键词：高压电缆线路设计　外护套回流线接地　电缆敷设方式　中图分类号：ＴＭ７５１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６－７３４５（２０１３）增刊一００４９—０４　１　高压电缆线路设计重点　广—————Ｌ————］　１．１外护套的选择　对１１０ｋＶ及以上高压电缆线路，外护套多采　用聚氯乙烯（ＰＶＣ，代号０２）或聚乙烯（ＰＥ，代　号Ｏ３）两种材料。ＰＶＣ阻燃性较好、力学性能稍　差；ＰＥ阻燃性较差、力学性能稍好，价格稍高但　环保性能好。因此，在电缆沟及隧道环境中常选　Ｉｏ＿＿ＩＰ　用Ｏ２型，排管敷设常采用０３型。　图１　回流线分流示意图　１．２回流线的选择与布置　１．２．１　回流线的选择　根据《电力工程电缆设计规范》（ＧＢ　５０２１７—　２００７）第４．１．１５条规定，１１０ｋＶ及以上单芯电缆　金属护层单点直接接地时．若系统短路导致电缆　金属护层上产生的工频感应电压超过其绝缘耐受　图２回流线布置示意图　强度（或护层电压限制器的工频耐压）、或者需　如图１。有　要抑制电缆邻近弱电线路的电气干扰强度时，一　（１０一ＩＰ）Ｒｌ－ＩＰＺｐｒ＋ＩｏＺｏＰ－ＩＰＲ２＝０　（１）　端互联并接地的线路。都必须装设接地良好的回　式中：Ｉ　一通过回流线的电流，Ａ；　流线（见图１、图２），并将其两端可靠接地。这　ＺＰＰ一回流线以大地为回路的自感阻　徉，发生单相接地短路故障时，短路电流可以通　抗，Ｑ；　过回流线流回系统的中性点。特别是当接地故障　ＺＰＰ＝［ｒｐ＋（ｒｇ＋ｊ２￣ｌｎ（Ｄｅ／ＧＭＲＰ））　发生在回流线的接地网时，接地电流的绝大部分　ｘｌ０　］Ｌ　（２）　将通过回流线。由于通过回流线的接地电流产生　ｒ。一回流线的电阻，　ｋｍ；　的磁通抵消一部分电缆导线接地电流所产生的磁　ｒ　一大地电阻，　ｋｍ；　通（两者电流方向相反，见图１），因而装设回流　ｒ　＝１Ｔ　ｆｘｌ０～，ｌｌ／ｋｍ　（３）　线后既可降低短路故障时护套的感应电压又能防　Ｄｅ一大地电流回路深度，ｍ；　止在电缆线路附近的信号电缆中产生较大的感应　Ｄｅ＝９３．１８、／Ｐ　（４）　电压。　ｐ一大地电阻率，Ｑｍ　收稿日期：２０１２—０５—２４　４９　２０１３年增刊　云南电力技术　第４１卷　ＧＭＲ　＝０．３８９４ｄ。，回流线的几何平均半　径，ｍ；　ｄ　一回流线的外径，ｍ；　ｚ。。一Ａ相导线和回流线各以大地为回路的互　感阻抗，ｎ：　Ｚ。ｐ＝ｒｇ＋ｊ２ｏ￣ｌｎ（Ｄｅ／ＳＡＰ）ｘｌ０一　（５）　ＳＡｐ一回流线对Ａ相电缆的平行间距，ｍ；　Ｒ　一大地的接地电阻，１－／；　Ｒ，一回流线的接地电阻，ｎ。　从而．得　ＩＰ＝（Ｒｌ＋ｚ０Ｐ）Ｉｏ／（Ｒｌ＋Ｒ２＋ｚＰＰ）　（６）　从式（６）可以看出，为了使回流线能尽量分　流，则应尽可能降低其接地电阻Ｒ，。否则应采取　措施使ｚ。。大一些，并且使ｚ　小一些，即必需减　小ＳＡＰ，也就是回流线应尽可能靠近电缆线路。　从式（２）可知，欲使ｚ　减小，就要求ｒ。小一　些，同时ＧＭＲ　要大一些，也就是说回流线的电阻　要小而它的半径却要大。　另外，回流线的选择应使其截面满足最大暂　态电流作用下的热稳定要求；同时，为了防止回　流线在地中的化学腐蚀，一般要求回流线带有防　腐层。　根据上述原则，实际工程中，一般选用１０ｋＶ　普通电缆作为回流线。也有的工程选用ＬＧＪ导　线，笔者认为慎用为好，一是没有防腐，二是电　缆支架多为金属支架，回流线多点接地，回流效　果值得商榷。　１．２．２回流线的布置要求　回流线的布置，前述已提及应尽可能靠近电　缆线路。　１）电缆三相水平排列：如图２，按Ｓ，＝Ｓ／　或Ｓ　ｘＳ　＝Ｓ　布置回流线。此时，回流线中的感　应电势为零，因此也就避免了正常运行时产生环　流的损耗。　２）电缆三相品字型布置：道理上。回流线　三等分换位均布于Ａ—Ｂ、Ｂ—Ｃ、Ｃ—Ａ相间最好。　但鉴于施工敷设不易。工程中建议如图２敷设即　可，即回流线在半长处换位一次，布置于电缆品　字两肩上　３）长电缆线路交叉互联：对于较长的电缆　线路，分为几个单元，每个单元内按３个尽可能　均等的三段实现三相交叉互联，在线路两端金属　５０　护层均接地，则金属护层本身也起了回流线作用。　它不但有较低电阻，而且有较大几何平均半径。　在这种情况下，没有必要敷设回流线。　４）电缆线路进出发电厂或变电所时，电缆　线路任一终端设置在发电厂、变电所时．回流线　应与电源中性线接地的接地网连通。　２直接接地端的选择　２．１　关于电缆的接地　中压电缆一般采用三芯电缆。由于三相电缆　的芯线在电缆中呈“三角形”对称布置．三相电　流对称，金属外皮不会产生感应电流。高压单芯　电缆则不同，其芯线与金属护套近似干一台变压　器的初级绕组与次级绕组。当电缆通过交流电流　时，其周围产生的磁力线一部分将与金属护套铰　链，在护套中产生感应电压（大小与电缆的长度　及流过芯线的电流成正比）。若把护套两点接地，　则护套与导线将形成闭合回路。护套中将产生环　行电流。电缆正常运行时，金属护套上的环行电　流与芯线的负载电流基本上为同一数量级．即几　乎是１：１的电流互感器。这时不仅将在金属护套　上形成热能损耗。加速电缆绝缘层的老化而且还　将使芯线的载流量降低，最大降幅可达４０％。因　此，根据《城市电力电缆线路设计技术规定》　（ＤＬ／Ｔ　５２２１—２００５）第１０．０．２条和《电力工程电　缆设计规范》（ＧＢ　５０２１７—２００７）第４．１．１１条规　定。这时可采用一端直接接地，另一端经护层电　压限制器接地的方式对电缆进线接地。　２．２直接接地端的选择　１）当线路全线采用电缆时，哪一端直接接　地均可，但通常选受电侧即线路终端处。　２）电缆一端与架空线相连时，为降低护套　上的冲击过电压。护套的直接接地点一般应设在　与架空线相连接的一端．护层电压限制器设在另　一端（见图２）。　３）电缆两端与架空线相连时，护套的直接　接地点一般应设在架空线遭雷击概率大的一端，　护层电压限制器设在另一端。　３长电缆线路的问题　当线路较长，线芯电流较大，金属护套只在　一端接地时的感应电压可以很高，甚至可达数百　伏，这样会危及人身和设备的安全。为了降低护　套电压。根据规程规定，可以将护套在适当长度　第４１卷　１　１０ｋＶ及以上高压电缆线路的设计　２０１３年增刊　处在电气上加以断开。在工程中通常是采用普通　接头（直通接头），将电缆的金属护套和绝缘屏　蔽层分割成适当的单元，每个单元内按３个长度　尽可能均等的三个小段，用绝缘接头（或实施绝　缘分割）将相邻段电缆的金属护套或屏蔽层交叉　连接．使每个金属护套或屏蔽层的连续回路依次　包围三相导体的一段的一种特殊互联方式，如图　３所示。绝缘接头和普通接头的唯一差别，即是　绝缘接头使护套和外屏蔽层在电气上分段。　当电缆排列不对称时。虽然三个小段护套的　长度相等。但是三相护套电压的向量和不为零。　如果交叉互联后只有在一端接地，则另一端对地　有一个很小的合成电压，护套内并无循环电流。　当在两端均匀接地后，这个对地合成电压就在护　套内产生循环电流。由于这个合成电压一般较小，　同时循环电流必须通过接地极电阻、大地电阻，　故循环电流值也较小。一般可以忽略不计。如欲　计算其对护套电压的影响，则需求出护套内的循　环电流，显然由于各相护套的阻抗相等，故每相　的循环电流也相等。将原有的每小段护套上的感　应电压加上由循环电流形成的压降，即为有了循　环电流后的护套电压。　图３　电缆交叉互联示意图　如果电缆的排列是对称的。则由于各小段护　当小段长度不等时，除了有大地电流外，还　有以护套为回路的循环电流。下面以昆明某工程　套电压的相位差１２０。，而幅值相等，因此两个接　地点之间的电位差是零，这样就不可能产生循环　电流了。这时线路上最高的护套电压即是在每一　小段上的感应电压。　实例说明。见图４。　负荷电流３４３．６Ａ　图４某１１ＯｋＶ线路接地系统图　从图４可以看出。抛开其他原因不谈，第二　个单元３小段电缆长度严重不均匀，其实测运行　感应电流也恰好是最大的。　综上所述，实施绝缘分割交叉互联接地时，　每个单元内的３个小段电缆长度应尽量相等。　１ｌＯｋＶ及以上电缆输电线路敷设方式的首选。电　力电缆隧道横截面通常采取圆形和矩形，圆形隧　道空间利率较高。通过研究可以发现，导体正三　角形排列、电缆线路垂直蛇形敷设（对于大截面　电缆）能够有效利用电缆隧道内有限的空间资　４　敷设方式的选择　目前。ｌｌＯｋＶ及以上电缆输电线路敷设方式　源、降低电缆金属护套感应电压以及减少电缆支　架数量．可以有效降低高压电缆线路投资成本。　２）电缆沟：电缆沟占用地下空间小，投资　常用的有电缆隧道敷设、电缆沟敷设、排管敷设　等方式。　省。因属于二级构筑物，不具备实施辅助设施及　高度防水的条件（通风采光基本靠自然通风与采　光、排水靠移动抽水），运行年久后，常出现沟　盖板断裂破损不全、地面水溢人沟内等情况，常　５１　１）电缆隧道：电缆隧道空间大，辅以完善的　辅助设施，电缆敷设、运行维护方便，深受运行　单位的喜爱，适合电缆回路多且重要的情况，是　２０１３年增刊　云南电力技术　第４１卷　影响道路的美观、影响电缆绝缘变坏。因此，适　合电缆回路少且重要性不高的情况。随着人民物　质文化水平的提高，城市美观度越来越高，实施　明沟的条件越来越不具备。采用暗沟又难以达到　因金属护套存在感应电压问题。使其与普通中低　压电缆线路在设计上有本质的不同。设计中必须　充分认识这一点，采取各种各样的措施，如正确　选择回流线及布置方式、电缆接地方式、电缆敷　设方式等，尽可能降低感应电压，提升线路输送　能力。确保高压电缆线路零缺陷投产、安全稳定　运行。　参考文献：　『１］ＧＢ　５０２９３—１９９９。中华人民共和国国家　标准．城市电力规划规范［Ｓ］．（北京）中国建　筑工业出版社．１９９９．　运行维护方便的电缆安全运行要求。所以，一般　情况下，１１０ｋＶ及以上电缆输电线路不建议采用　电缆沟敷设方式。　３）电缆排管：当投资与地下空间有限时，电　缆排管敷设就成为了最佳选择。但此时需注意：　ａ．如果把每段电缆敷设需要转弯（４５度及　以上角度）的次数定义为转弯率８，那么当６＞３　时。就不适宜采用排管敷设。否则。会给施工带　来较大困难，甚至造成电缆损伤。　某工程１１０ｋＶ电缆排管通道转弯率８＝５，原　设计采用电缆排管，后为节省投资改为了排管；　『２］ＤＬ／Ｔ　５２２１—２００５，中华人民共和国电力　行业标准．城市电力电缆线路设计技术规定［Ｓ］　．（北京）中国电力出版社，２００５．　［３］ＧＢ　５０２１７—２００７，中华人民共和国国家　排管施工单位为避让树木，在排管施工中未控制　好排管转弯角度：排管建成后，未进行通道清理　就开始敷设电缆：施工方法主要采用电缆牵引机　敷设．也没有采用足够的电缆保护措施，造成整　标准．电力工程电缆设计规范［ｓ］．（北京）中　国计划出版社．２００８．　［４］郑肇骥，陆德纹．在高压电缆线路中回　流线对降低护层电压的效用［Ｊ］．中国电力，　１９８０年Ｏ５期．　段电缆刮伤、磨伤，增加了投资。　ｂ．通过同一电缆线路穿管敷设与隧道（空　气）中敷设的载流量比较，可以发现电缆采用穿　［５］段利辉．单回路高压单芯电缆金属护套　感应电压及限制措施［Ｊ］．石油化工设计，　２０１１，２８（１）：１７—２０．　管敷设会比在空气中敷设输送容量降低很多，甚　至高达５０％左右。这是因为排管敷设散热不好的　原因。因此，排管敷设必须重视电缆截面选择的　载流量校验工作，有条件时设置电缆散热管孔。　Ｃ．对于长电缆线路，因电缆需采取交叉互联接　地方式，根据前述，需统筹规划接头井位置。因此，　［６］罗俊华，张丽，刘毅刚等．超高压大截　面电力电缆线路热膨胀计算分析［Ｊ］．高电压技　术，２０１０，３６（５）：１２８ｌ一１２８５．　［７］苍斌主编，电力电缆［Ｍ］．（北京）　中国电力出版社．２０１０．　当电气设计不明朗时（如随市政道路建设提前预建设　电缆通道），就不太适宜采用电缆排管。　作者简介：　ｄ．排管纵向排水坡度不宜小于０．２％，管路纵　向连接处的弯曲度应符合牵引电缆时不致损伤的要　李久程（１９６７一），男，二级助理技术专家，高　求。管孔端口应采取防止损伤电缆的处理措施。　级工程师，云南电网公司昆明供电局，主要从事输　配电与用电勘测设计与管理工作。邮箱：１４７９８３０１９９　＠ｑｑ．ｔｏｍ。　５　结束语　１１０ｋＶ及以上高压电缆线路采用单芯电缆，　业业　业　业　业　业　业　坐　业　；　《云南电力技术》网上投稿页面：Ｈｔｔｐ：／／ｙｎｄｌｊｓ．ｃｎｊｏｕｍａＩｓ．ｃｎ。欢迎广大读者：｝　；通过“作者登录”投稿！　《　芥芥带带带带带带芥带弗带芥带带带带恭齐恭芥恭恭带芥带带蒂蒂乔恭带齐恭恭恭芥芥恭芥芥芥芥芥　５２