電力系統(tǒng)中高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)研究

馮鋒

（國(guó)網(wǎng)福建福清市供電公司，福建福清 350300）

電力系統(tǒng)中高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)研究

馮鋒

（國(guó)網(wǎng)福建福清市供電公司，福建福清 350300）

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)中高壓電纜的優(yōu)點(diǎn)以及其與電力系統(tǒng)的連接和絕緣配合進(jìn)行分析，優(yōu)化高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)方法，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

電力系統(tǒng)；高壓電纜；輸電線路；設(shè)計(jì)

高壓電纜由傳統(tǒng)線路改造而成，直徑相對(duì)較大，普遍采用金屬線纜材質(zhì)。設(shè)計(jì)人員要依據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，運(yùn)用正確的方式，對(duì)高壓電纜輸電線路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并對(duì)其絕緣、避雷和架設(shè)工作等進(jìn)行合理規(guī)劃，以達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，為人們提供安全、穩(wěn)定的用電環(huán)境。

1 電力系統(tǒng)中高壓電纜的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)如下：①高壓電纜的輸電線路路徑較短，相對(duì)比較容易對(duì)線路路徑進(jìn)行有效選擇；②高壓電纜比較隱蔽，建設(shè)完成后，往往被道路、草坪等覆蓋，不會(huì)對(duì)城市景觀產(chǎn)生干擾；③高壓電纜不會(huì)受周邊環(huán)境干擾。而高壓電纜在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的缺陷，成本相對(duì)較高，設(shè)計(jì)難度大；完成高壓電纜施工后，不容易被更改，且故障檢測(cè)和后期維修困難。

2 高壓電纜與電力系統(tǒng)的連接及絕緣配合

2.1 連接方式

①電纜進(jìn)線段方式，應(yīng)用高壓電纜作為變電站的出線間隔，完成某一段落電纜敷設(shè)工作之后，在電纜終端桿塔電纜引上采用架空線方式連接對(duì)端變電站，該種電纜方式應(yīng)用比較普遍；②將高壓電纜線路融入電力線路中，城市中架空線路路徑選擇難度較大，可將電力電纜應(yīng)用到架空線路中，將架空線路作為電纜的兩端；③變電所全段采用高壓電纜。

2.2 系統(tǒng)絕緣配介

應(yīng)用避雷器對(duì)來(lái)波幅值進(jìn)行限制，或者在電纜周邊設(shè)置進(jìn)線保護(hù)段，借助導(dǎo)線高幅值入侵波產(chǎn)生的沖擊電暈，對(duì)入侵波陡度和幅值進(jìn)行控制，并用導(dǎo)線自身波阻抗對(duì)避雷器的沖擊電流幅值進(jìn)行限制，以避免雷電波損壞電纜設(shè)施［1］。

2.2.1 避雷線配置要求。依據(jù)變電所實(shí)際情況，對(duì)避雷線長(zhǎng)度進(jìn)行合理選擇。其是高壓電纜設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容。設(shè)計(jì)電纜時(shí)，要依據(jù)絕緣配合要求，在架空線路上對(duì)避雷線進(jìn)行架設(shè)，并確定其長(zhǎng)度。針對(duì)改擴(kuò)建工程，如果原架空線路中不包含避雷線，要采用新型線路方式，落實(shí)避雷線架設(shè)工作。

2.2.2 避雷器配置要求。電纜進(jìn)線段10～220kV電力電纜線路，應(yīng)在電纜線路與架空線路連接處裝設(shè)避雷器。而發(fā)電廠和變電所的35kV及以上電纜進(jìn)線段，無(wú)論電纜長(zhǎng)度是否超過(guò)50m，如果裝設(shè)一組閥式避雷器可滿足保護(hù)要求，只裝一組即可。

3 電力系統(tǒng)中高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)

3.1 選擇外護(hù)套

如果高壓電纜線路在110kV及以上，可將聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）作為外護(hù)套。目前，電纜的防水層以鉛合金護(hù)套或皺紋鋁護(hù)套效果最好，而鉛合金護(hù)套較皺紋鋁護(hù)套具有更好的耐腐蝕性能和較小的彎曲半徑，但鉛合金護(hù)套比重大，機(jī)械性能不如皺紋鋁護(hù)套，對(duì)施工安裝不利。從金屬護(hù)套的短路容量方面考慮，鋁較鉛的導(dǎo)電性能好，能耐受較大的短路電流。聚氯乙烯耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能比聚乙烯好，在燃燒時(shí)分解的氯氣有助于阻燃，且聚氯乙烯對(duì)化學(xué)腐蝕的耐受性能不及聚乙烯，在燃燒時(shí)會(huì)析出含有氯化氫等有毒氣體。電纜敷設(shè)多位于市區(qū)道路，出于安全和環(huán)?？紤]，電纜外護(hù)套選用聚乙烯材料。

根據(jù)地區(qū)電纜多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)際情況，戶外套推薦為交聯(lián)聚乙烯絕緣、含縱向阻水層、鋁護(hù)套、聚乙烯外護(hù)套的結(jié)構(gòu)。

3.2 回流線的選擇與布置

3.2.1 選擇回流線。參照《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50217-2007），110kV及以上單芯電纜金屬護(hù)層單點(diǎn)直接接地，如果系統(tǒng)短路使電纜金屬護(hù)層上的工頻感應(yīng)電壓超出其絕緣耐受強(qiáng)度，或者需要對(duì)電纜周邊弱電線路電氣干擾強(qiáng)度進(jìn)行抑制，需將回流線裝設(shè)于一端互聯(lián)并接地線路中。如果發(fā)生單相接地短路故障，短路電流可通過(guò)回流線流回系統(tǒng)中性點(diǎn)，產(chǎn)生的磁通對(duì)部分電纜導(dǎo)線接地電流產(chǎn)生的磁通進(jìn)行抵消。故而，裝設(shè)回流線，不僅能夠使短路故障時(shí)的感應(yīng)電壓降低，而且能夠避免電纜線路周邊信號(hào)電纜的感應(yīng)電壓過(guò)大。

選擇回流線時(shí)，依據(jù)最大暫態(tài)電流背景下的熱穩(wěn)定要求對(duì)截面進(jìn)行考量。并在回流線上設(shè)置防腐層，以對(duì)回流線腐蝕問(wèn)題進(jìn)行有效規(guī)避。具體操作中，回流線都是常規(guī)10kV電纜或LGJ導(dǎo)線。

3.2.2 布置回流線。在電纜線路附近布置回流線：①電纜三相品字形布置，高壓電纜敷設(shè)難度較大，可在電纜品字兩肩上對(duì)回流線進(jìn)行布置，在半長(zhǎng)處換位一次；②長(zhǎng)電纜線路交叉互聯(lián)，如果電纜線路比較長(zhǎng)，可進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，將各單元分為均勻的三段，進(jìn)行三相交叉互聯(lián)，且線路兩端金屬護(hù)層接地，其電阻低，幾何平均半徑大；③在發(fā)電廠或變電所對(duì)電纜線路任一終端進(jìn)行設(shè)置，具體操作中經(jīng)常忽視回流線和電中性線接地連接部位。

3.3 采用一端接地方式時(shí)接地端選擇

電纜接地，選用三芯電纜作為中壓電纜，三相電纜的芯線在電纜中呈三角形對(duì)稱布置，三相電流對(duì)稱，金屬外皮無(wú)感應(yīng)電流，高壓?jiǎn)涡倦娎|則不同。其芯線和金屬護(hù)套與變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組類似。電纜經(jīng)交流電流時(shí)，周邊部分磁力線會(huì)與金屬護(hù)套鉸鏈，使護(hù)套中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。假定護(hù)套兩點(diǎn)接地，護(hù)套與導(dǎo)線會(huì)形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)形電流。當(dāng)電纜處于正常運(yùn)行狀態(tài)，金屬護(hù)套上的環(huán)形電流數(shù)量級(jí)與芯線負(fù)載電流相同，不僅會(huì)使電纜絕緣層老化，且會(huì)降低芯線載流量。故而，選用一端接地方式，另一端經(jīng)護(hù)層電壓限制器接地的方式對(duì)電纜進(jìn)線接地。

3.4 選擇直線接地端

①線路全部采用電纜，可使線路終端處接地；②電纜一端與架空線相連，可在與架空線相連的一端對(duì)護(hù)套直接接地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，避免護(hù)套電壓過(guò)大，并在另一端對(duì)護(hù)層電壓限制器進(jìn)行設(shè)置；③如果電纜兩端與架空線均相連，在架空線容易被雷擊處設(shè)置護(hù)套的直接接地點(diǎn)，另一端設(shè)置護(hù)層電壓限制器。

3.5 絕緣分割交叉互聯(lián)接地

線路路徑較長(zhǎng)，線芯電流也比較大，金屬護(hù)套只一端接地的感應(yīng)電壓很高，不利于設(shè)備及人員安全。普通接頭較為常見(jiàn)，分割電纜金屬護(hù)套和絕緣屏蔽層，使其以合適的單元形式存在，將各單元?jiǎng)澐譃?個(gè)均等的段落，應(yīng)用絕緣接頭連接相鄰段電纜金屬護(hù)套和屏蔽層，使它們的連續(xù)回路對(duì)三相導(dǎo)體的各段進(jìn)行依次包圍，該種互聯(lián)方式比較特殊。相較于普通接頭，絕緣接頭可在電氣上對(duì)護(hù)套和外屏蔽層進(jìn)行分段。

3.6 選擇敷設(shè)方式

3.6.1 電纜隧道。電纜隧道具有很大的空間，運(yùn)用輔助設(shè)施，其敷設(shè)、運(yùn)行都比較方便，適用于電纜回路多且重要的情況。110kV及以上電纜輸電線路普遍選用該種敷設(shè)方式。電力電纜隧道橫截面為圓形或矩形，圓形隧道空間能夠被導(dǎo)體正三角形排列、電纜線路垂直蛇形敷設(shè)等充分利用，對(duì)電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓進(jìn)行有效控制，避免電纜支架數(shù)量過(guò)多，節(jié)約成本。

3.6.2 電纜溝。電纜溝不會(huì)占用過(guò)多的地下空間，以自然采光和通風(fēng)為主，主要應(yīng)用移動(dòng)抽水方式進(jìn)行排水，運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間之后，溝蓋板容易斷裂破損，地面水也容易溢入溝內(nèi)，使道路基礎(chǔ)設(shè)施等不夠美觀，并對(duì)電纜絕緣產(chǎn)生影響，無(wú)法達(dá)到良好的輸電線路設(shè)計(jì)效果。電力人員要依據(jù)具體工程背景，合理選擇敷設(shè)方式，保障電力系統(tǒng)整體工程質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

將單芯電纜應(yīng)用到高壓電纜中，會(huì)因金屬護(hù)套出現(xiàn)感應(yīng)電壓?jiǎn)栴}，無(wú)法達(dá)到良好的應(yīng)用效果。設(shè)計(jì)人員要依據(jù)具體電力工程背景，對(duì)回流線、電纜接地方式及敷設(shè)方式等進(jìn)行合理選擇，以對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行有效控制，為電力系統(tǒng)提供一個(gè)安全、穩(wěn)定的用電環(huán)境，提高人們的日常用電質(zhì)量，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的各種問(wèn)題進(jìn)行有效規(guī)避。

［1］李中平，閆軍波，張旭東.關(guān)于高壓電纜線路電氣設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（29）：187.

Research on the Design of High Voltage Cable Transmission Line in Electric Power System

Feng Feng
（State Grid Fuqing Fujian Power Supply Company，F(xiàn)uqing Fujian 350300）

In this paper,the advantages of high voltage cable in electric power system and the connection and insula?tion coordination of power system were analyzed,the design method of high voltage cable transmission line was opti?mized,to improve the operation quality of electric power system.

electric power system；high voltage cable；transmission line；design

TM75

A

1003-5168（2016）12-0134-02

2016-11-08

馮鋒（1978-），男，本科，工程師，研究方向：電力輸配電線路設(shè)計(jì)。