110kV高壓單芯電纜金屬護套接地方式探討

黎懿

摘 要：針對當前110 kV高壓單芯電纜金屬護套在接地方式上的特殊性以及必須考慮的問題進行分析，進而對110 kV高壓單芯電纜金屬護套接地可采取的方式進行了詳細介紹，認為采取“金屬屏蔽層一端直接接地，另一端經(jīng)護層保護接地”“中點接地”以及“金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護器接地”上述三種接地方式是可行的，對確保110 kV高壓單芯電纜安全運行有積極作用與價值。

關(guān)鍵詞：高壓單芯電纜；金屬護套；接地方式；110 kV

中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.159

文章編號：2095-6835（2016）11-0159-02

在城市建設改造進程不斷推廣發(fā)展的背景下，110 kV高壓電纜線路大量建設并投入運行，且大量線路開始覆蓋于人群集中區(qū)域，如何保障線路運行的安全性成為了電力工作人員高度重視的問題之一。目前成都地區(qū)，相關(guān)供電公司運行維護的110 kV及以上輸電電纜超過219條，長度超過713 km，其中110 kV電纜173條。

我國現(xiàn)行《電力安全規(guī)程》當中有明確規(guī)定：電氣設備非帶電金屬外殼均需要做接地處理，高壓電纜金屬屏蔽層需正常接地。目前，110 kV高壓電纜線路多采用單芯電纜，其線芯部分與金屬屏蔽層的關(guān)系可以視作“變壓器初級繞組裝置”，即在高壓單芯電纜線芯有電流通過時，會產(chǎn)生磁力線交鏈金屬屏蔽層，線芯兩端出現(xiàn)感應電壓。高壓電纜長度與感應電壓大小有正相關(guān)關(guān)系，即在高壓電纜線路較長的情況下，金屬護套感應電壓疊加后所會對人身安全產(chǎn)生危害。在這一背景下，圍繞110 kV高壓單芯電纜金屬護套的接地方式進行探討，以保證高壓電纜運行的安全性。

1 110 kV高壓單芯電纜金屬護套接地問題

在我國現(xiàn)行《電力工程電纜設計規(guī)程》的要求下，對于電壓等級在35 kV及以下水平的電纜線路，多設置為三芯電纜形式。電纜線路的運行過程中，流經(jīng)三個現(xiàn)行的電流綜合為零，因此，在金屬屏蔽層兩端均未檢測有感應電壓的存在。這意味著對此類電纜線路而言，在對兩端進行直接接地的條件下，不會有感應電流流經(jīng)金屬屏蔽層。但在電壓等級高于35 kV的情況下，電纜線路多采取單芯形式。

當單芯電纜線芯通過電流時，就會有磁力線交鏈金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應電壓，感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比。當高壓電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障，遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。在這一情況下，若仍然按照常規(guī)方法將金屬屏蔽層兩端做三相互聯(lián)式接地處理，則金屬屏蔽層上將會產(chǎn)生非常大的環(huán)流，換流值可以達到電纜線芯電流的50%～95%，導致明顯的電纜損耗。同時，還會致使金屬屏蔽層表面發(fā)熱，影響電纜線路運行過程中的載流量水平，加速單芯電纜的絕緣老化。即對于35kV電壓等級以上高壓單芯電纜而言，不能采取電纜兩端直接接地的接地方式。但在金屬屏蔽層一端不接地的情況下，若存在過電壓或雷電流沿高壓單芯電纜流動，則對于高壓單芯電纜而言，金屬屏蔽層不接地端可能出現(xiàn)非常高的沖擊電壓。若系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流流經(jīng)線芯，也可能導致金屬屏蔽層不接地端出現(xiàn)高水平的工頻感應電壓，形成環(huán)流。在金屬屏蔽層采用一端互聯(lián)接地的方式下，必須采取相應的方法與手段對護層上的過電壓進行合理限制。在安裝過程中，需根據(jù)線路實際情況在金屬屏蔽層或單芯電纜鋁包層相應位置采取可行且有效的連接方式以及接地方式，并配合對護層保護器的設置，以避免電纜護層出現(xiàn)絕緣擊穿的現(xiàn)象，起到維護110 kV高壓單芯電纜安全且穩(wěn)定運行的效果。

2 110 kV高壓單芯電纜金屬護套接地方案

在110 kV高壓電纜線路的安裝中，需遵循現(xiàn)行《電力工程電纜設計規(guī)程》的相關(guān)要求，即在110 kV高壓單芯電纜線路金屬護套僅設置一點接地的情況下，金屬護套任意一點所產(chǎn)生感應電壓應控制在50 V（針對未采取不能任意接觸金屬護套安全措施的情況而言）～100V（針對采取金屬護套分段絕緣或絕緣后交叉互聯(lián)接線的情況而言）區(qū)間內(nèi)。根據(jù)該要求，110 kV高壓單芯電纜金屬護套的有效接地方式包括如下幾種類型。

2.1 金屬屏蔽層兩端以不同方式接地

110 kV高壓單芯電纜金屬護套可以采取“金屬屏蔽層一端直接接地，另一端經(jīng)護層保護接地”的接地方式，如圖1所示。結(jié)合圖1，在110 kV高壓單芯電纜長度小于700 m時，屏蔽層一端可做直接接地處理，另一端則在護層保護器支持下進行接地。

根據(jù)相應規(guī)范要求，交流系統(tǒng)110 kV及以上單芯電纜金屬層單點直接接到時，下列任一情況下，應沿電纜鄰近設置平行回流線：①系統(tǒng)短路時電纜金屬層產(chǎn)生的工頻感應電壓，超過電纜護層絕緣強度或護層電壓限制器的工頻電壓；②需抑制電纜鄰近弱點線路的工頻耐壓。當出現(xiàn)上述情況時，還需要安裝一條回流線（沿電纜線路保持平行狀態(tài)），對回流線兩端進行直接接地處理。在回流線的敷設中，其與中間一項電纜的間隔距離應當控制為（0.7×相鄰電纜間距），并且需要在線路中心位置進行換位。由于增加有回流線，所以單相短路回路電流可不經(jīng)過大地而通過回流線返回。即在單相接地狀態(tài)下，金屬護套外護層絕緣性能以及保護器所承受工頻過電壓大小不會受到地網(wǎng)電位的影響，且可以使得一部分因110 kV高壓單芯電纜接地電流所產(chǎn)生磁通得到回流線流進磁通的抵消，以起到降低過電壓水平的目的。在工程實踐中，在成都地區(qū)采用“金屬屏蔽層一端直接接地，另一端經(jīng)護層保護接地”的接地方式時，該種接地方式多用于排管敷設和電纜線路的“π”接中，且均未設置回流線。

2.2 中點接地

110 kV高壓單芯電纜金屬護套可以采取“中點接地”的接地方式，如圖2所示。結(jié)合圖2，對110 kV高壓單芯電纜金屬護套采取中點接地方案的基本思路是：在線路中點位置安裝專用絕緣接頭，通過絕緣接頭斷開電纜屏蔽層，屏蔽兩端則經(jīng)由護層保護器實現(xiàn)接地，電纜終端屏蔽可做直接接地處理。需要注意的是，在針對110 kV高壓單芯電纜金屬護套采用中點接地方式時，視實際情況，若電纜長度、敷設和運輸方式能夠滿足要求，則僅需在電纜中點部位破開電纜保護套，并將接地裝置直接安裝于鋁波紋護套上。安裝好后，可做金屬護套以及外護

層防水工作。該方案的優(yōu)勢在于：電纜未直接安裝絕緣接頭，避免了在電纜運行期間出現(xiàn)絕緣性能薄弱的問題。同時，110 kV高壓單芯電纜本體無畸變電場，可有助于提高電纜整體使用壽命以及載流量水平，達到維護電纜線路安全運行的目的。工程實踐中，本地區(qū)暫時無工程實際使用該種接地方式。

2.3 金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護器接地

110 kV高壓單芯電纜金屬護套可以采取“金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護器接地”的接地方式，如圖3所示。結(jié)合圖3，在110 kV高壓單芯電纜整體敷設線路較長（多指1 000 m以上）時，可以采用“金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護器接地”的接地方式。該接地方案的基本思路是：將110 kV高壓單芯電纜線路整體劃分為長度相等的三段式或三段整倍數(shù)段，每個小段之間均裝設絕緣接頭，并在絕緣接頭位置三項屏蔽之間應用同軸電纜，經(jīng)交叉互聯(lián)箱進行換位連接。同時，在交叉互聯(lián)箱中裝設有一組護層保護器，線路上每兩組絕緣接頭夾接一組直通接頭。需要注意的是。為了最大限度的地控制110 kV高壓單芯電纜線路相對于鄰近輔助電纜以及通信電纜的感應電壓影響，可盡量采用交叉互聯(lián)式的接線方式。但該方案是本地區(qū)目前工程實踐中在隧道、淺溝等具備條件的通道中優(yōu)先選擇的接地方式。

3 結(jié)束語

110 kV高壓單芯電纜金屬護套必須經(jīng)由接地處理后運行，同時需要考慮對其金屬護套感應電壓的限制。本文探討了110 kV高壓單芯電纜金屬護套的接地問題，并對金屬護套可采取的接地方式進行了介紹與分析，以方便工作人員更好地針對110 kV高壓單芯電纜進行巡查與維護，以免導致高壓電纜過電壓現(xiàn)象所致電纜外保護層擊穿問題，達到提高110 kV高壓單芯電纜整體運行安全性水平的目的。

參考文獻

[1]牛海清，王曉兵，劉毅剛，等.高壓單芯電纜金屬護套雷電過電壓仿真和參數(shù)分析[J].高電壓技術(shù)，2009，35（4）：784-789.

[2]龐丹，王曉巖，嚴威，等.高壓電纜金屬護套接地引線過熱原因分析及處理[J].吉林電力，2011，39（3）：30-31.

[3]唐慶華，劉寶成，楊洪，等.高壓電纜金屬護套的接地方式對線路參數(shù)的影響[J].電線電纜，2009（2）：43-46.

〔編輯：胡雪飛〕