關(guān)于電纜線路單點(diǎn)接地事故回流線選用及施工工藝的改進(jìn)探討

羅城

摘要：在電纜外層鋁護(hù)套單點(diǎn)接地的回流線通常選用單芯銅電纜，回流線在電纜線路正常運(yùn)行時導(dǎo)體無電流通過。因銅回收價值大，回流線被盜現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，后期運(yùn)維修復(fù)工程成本較高，通過采用回收價值低的導(dǎo)電材料替代銅導(dǎo)體或改變施工工藝，可有效防止回流線被盜現(xiàn)象發(fā)生。

關(guān)鍵詞：電纜線路;單點(diǎn)接地;回流線;護(hù)層電壓;施工工藝改進(jìn)

引言

為保護(hù)高壓電纜線路外層鋁護(hù)套在系統(tǒng)發(fā)生短路時，電纜外層鋁護(hù)套絕緣層不被擊穿，對于一端直接接地，另一端保護(hù)接地的電纜線路采用加裝回流線的方法來降低因電磁場作用而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，從而避免因過強(qiáng)的感應(yīng)電流通過金屬保護(hù)層而導(dǎo)致感應(yīng)電流擊穿電纜的絕緣外層鋁護(hù)套。但電纜線路加裝的回流線在正常運(yùn)行時導(dǎo)體無電流通過，通常設(shè)計選用的回流線材質(zhì)為銅導(dǎo)體，回收價值大，被盜現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，后期運(yùn)維修復(fù)工程成本高。如設(shè)計采用其它材料的導(dǎo)體替代，或改變電纜土建通道施工工藝，可有效防止回流線被盜現(xiàn)象發(fā)生。

1、回流線的作用

電纜線路外層鋁護(hù)套有單點(diǎn)接地和交叉互聯(lián)二種接線方式，當(dāng)電纜線路采用交叉互聯(lián)方式，線路發(fā)生單相接地故障時，接地電流不通過大地，此時金屬護(hù)套相當(dāng)于回流線，每根護(hù)套上將通過1/3的接地電流，每小段護(hù)套上的對地電壓相當(dāng)于一端接地線路裝設(shè)回線的1/3，當(dāng)電纜不換位時，各相護(hù)套的阻抗近似相等，護(hù)套之間基本無循環(huán)電流。假設(shè)接地電流不通過大地，則每相的護(hù)套通過三分之一的接地電流，此時的護(hù)套可看成一種特殊的回流線，可以將金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓限制在規(guī)定的電壓以內(nèi)。因此，采用完整的交叉互聯(lián)的電纜線路可以不設(shè)回流線。

根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》GB50217-2007第4.1.11之規(guī)定，采用單點(diǎn)接地接線方式時，交流單芯電力電纜線路的金屬層上任一點(diǎn)非直接接地處的正常感應(yīng)電勢未采用能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V，除此之外，不得大于300V。若系統(tǒng)短路時電纜金屬層產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，超過電纜護(hù)層絕緣耐受電壓、護(hù)層電壓限制器的工頻耐壓，需抑制電纜對鄰近弱電線路的電氣干擾強(qiáng)度，則沿線敷設(shè)一根回流線。

在電纜線路設(shè)計時，接地回流線的截面應(yīng)通過執(zhí)穩(wěn)和暫態(tài)過程計算確定。目前，從事電纜線路設(shè)計回流線普遍采用單芯銅導(dǎo)體。

根據(jù)目前市面的導(dǎo)體材料來看，滿足上述條件的材料有鋼和鋁二種材料，由于鋼的導(dǎo)電性能較差，如滿足電纜線路在故障條件下的相關(guān)要求，經(jīng)計算，鋼的截面積要大于鋁和銅，因鋼在施工連接時采用焊接技術(shù)，導(dǎo)致接觸大阻變大，鋼的截面變大，設(shè)計不建議選用圓鋼替代方案。

鋁的導(dǎo)電性能好，因回收價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于銅，如在工程設(shè)計中選用絕緣鋼芯鋁絞線，可有效降低工程成本。

2、接地回流線截面計算

單點(diǎn)接地工頻感應(yīng)過電壓計算示意圖如下圖所示：

SVL—護(hù)層電壓;設(shè)置于線路中央或者設(shè)置于兩端而在線路中央直接接地時，l為兩則終端之間線路長度的一半。

3、工程實(shí)例

110kV祥桃I、II線，110kV桃學(xué)I、II線電纜采用混凝土槽盒敷設(shè)，呈水平方式布置，電纜纜載面1×800mm2，電纜外層鋁護(hù)套采用一端直接接地，另一端帶保護(hù)接地，沿線敷設(shè)1根截面為240平方毫米銅芯電纜回流線。電纜路徑長度0.21km。

在該線路于2009年建成投產(chǎn)，不到1年時間回流線被盜，為避免線路恢復(fù)被盜現(xiàn)象再次發(fā)生，在運(yùn)維恢復(fù)時，采用絕緣鋁導(dǎo)體替代鋁導(dǎo)體截面。計算條件如下：

1）系統(tǒng)參數(shù)

電壓等級： US=110kV

頻率： f=50Hz

單相短路電流：IS（1）11.6kA

兩相短路電流：IS（2）=12.8kA

三相短路電流：IS（3）=14.6kA

2）電纜結(jié)構(gòu)及參數(shù)

電纜截面：? 800mm2

線芯： 銅

直徑： 34.8mm

導(dǎo)體包帶厚度： 0.8mm

內(nèi)屏蔽厚度： 1.5mm

絕緣層厚度： 16mm

外屏蔽厚度： 1mm

半導(dǎo)電阻水層厚度? ?3.3mm

隔熱層厚度： 0.5mm

金屬護(hù)套厚度： 2.1mm

護(hù)套最小內(nèi)徑 ： 81mm

護(hù)套最大外徑： 94.7mm

隔離層層厚度： 0.2mm

外護(hù)套厚度： 4.5mm

電纜外徑： 103.7mm

線芯干燥或浸漬? 是

線芯結(jié)構(gòu)： 分割圓線

允許短路電流時間：t=3s

環(huán)境溫度：T=40℃

短路時線芯最高溫度：Tmax=250℃

短路時護(hù)套最高溫度：Tmax =200℃

線芯工作溫度： 90℃

護(hù)套工作溫度： 60℃

3）電纜敷設(shè)參數(shù)

排列方式：雙回路水平排列，相間距230mm，回路間距400mm

護(hù)套接地方式：單端互聯(lián)接地加回流線，分段長度：250m

4）計算結(jié)果：

（1）電氣計算結(jié)果

正常運(yùn)行時感應(yīng)電壓最大為：

A相感應(yīng)電壓：9.03 + 27.18j = 28.64 V

三相短路時最大感應(yīng)電壓為 A相感應(yīng)電壓： 138.78 + 455.93j = 476.58 V

回流線最大感應(yīng)電流： -8.80-24.36j = 25.9 A

兩相短路時感應(yīng)電壓

A、C相短路時

A相感應(yīng)電壓：404.18 + 233.35j = 466.71 V

單相短路時感應(yīng)電壓（本程序僅計算A相短路時的感應(yīng)電壓）

A相感應(yīng)電壓：218.66 + 792.76j = 822.36 V

（2）載流量計算結(jié)果

無混凝土包封埋管時回路1載流量（控制相：C相）? 694 A

3、導(dǎo)體及護(hù)套可承受短路電流計算結(jié)果

絕熱情況下導(dǎo)體能承受的短路電流：65.99 kA/3s

非絕熱情況下導(dǎo)體能承受的短路電流：66.96 kA/3s

絕熱情況下金屬護(hù)套能承受的短路電流31.19 kA/3s

非絕熱情況下金屬護(hù)套能承受的短路電流? 34.75 kA/3s

（3）接地電纜與回流線計算

接地線、回流線最小截面（鋁）：120.39mm2

接地線、回流線最小截面（銅）：78.89mm2

單相短路時感應(yīng)電壓（本程序僅計算A相短路時的感應(yīng)電壓） （無回流線時）

A相感應(yīng)電壓58228.97 + 2720.89j = 58292.51 V

綜上所述：

1、系統(tǒng)正常運(yùn)行時電纜護(hù)層感應(yīng)電壓為28.4V;

2、110kV祥桃I、II線，110kV桃學(xué)I、II線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，短路電流約11.6kA（系統(tǒng)計算提供），沿線未敷設(shè)回流線時，電纜護(hù)層感應(yīng)電壓（單位：kV）為58.2+ 27.2j = 58.3kV，本工程中110kV單芯電纜鋁護(hù)套所能耐受的耐受電壓為37.5kV，保護(hù)接地端SVL額定電壓2.8kV，殘壓7kV。

根據(jù)GB50217-2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》4.1.15中要求，通過熱穩(wěn)定、電壓限制水平綜合校驗(yàn)，回流線選擇絕緣鋁導(dǎo)線，截面積為150mm2。

采用鋁截面替代銅芯電纜后，該線路經(jīng)過長達(dá)10年的運(yùn)行，情況良好，沒有被盜現(xiàn)象發(fā)生。

4、施工工藝流程及工程造價

為解決線路運(yùn)營維護(hù)中回流線易盜，恢復(fù)成本高等問題，可在施工工藝上進(jìn)行改進(jìn)，通過工藝改進(jìn)可以節(jié)省工程造價。

4.1施工工藝

在電纜土建施工過程中，將絕緣鋁導(dǎo)線敷設(shè)至電纜混凝土溝壁內(nèi)，或夾在過路埋管、頂管管材之間沿線敷設(shè)，最后在工井內(nèi)采用跳線引流管（表面渡銅）進(jìn)行液壓，在各井口連接處采用螺栓連接并涂一層防腐漆，采用混凝土包封，將回流線隱埋在溝內(nèi);此施工工藝選用埋管和頂管敷設(shè)方式時單回電纜線路可以少埋1根HDPEΦ150管預(yù)埋管.

4.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

（1）頂管施工費(fèi)為480元/米，;埋管工程造價為120元/米;單芯截面為150mm2單芯電纜為125元/米;

（2）采用鋁截面施工成本為25元/米;

就本工程而言，選用截面為150mm2絕緣鋁導(dǎo)線可滿足設(shè)計要求。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)造價分析，用于埋管和頂管敷設(shè)中可節(jié)省工程造價分別約200元/米和560元/米，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

5、小結(jié)

通過材質(zhì)的替代及施工工藝的改進(jìn)，可以節(jié)省工程投資，解決回流線被盜的技術(shù)措施及運(yùn)維單位被盜后修復(fù)的成本過高的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力工程電纜設(shè)計規(guī)范（GB50217-2007）.