大截面大長(zhǎng)度220 kV高壓交聯(lián)電纜的應(yīng)用研究

摘要：城市電力隧道內(nèi)高壓電纜回路數(shù)多、電纜中間接頭多，而中間接頭處是電纜最薄弱的地方，容易產(chǎn)生故障。鑒于此，分析研究了實(shí)際工程中電纜采用不同分段長(zhǎng)度的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓值，得出以下結(jié)論：適當(dāng)增加單盤盤長(zhǎng)，減少電纜中間接頭數(shù)量，可以降低電纜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少建設(shè)成本，提高電纜運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：電力隧道;大長(zhǎng)度電纜;金屬護(hù)套感應(yīng)電壓值;電纜附件

中圖分類號(hào)：TM726.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）11-0062-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.11.016

0? ? 引言

湖南長(zhǎng)沙萬(wàn)家麗路電力隧道位于長(zhǎng)沙市萬(wàn)家麗路主干道路下方，途經(jīng)長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)、開(kāi)福區(qū)及長(zhǎng)沙縣，全長(zhǎng)14 km，是湖南最長(zhǎng)的電力隧道、湖南省內(nèi)首條電力盾構(gòu)隧道。隧道內(nèi)共規(guī)劃4回220 kV電纜和8回110 kV電纜，該隧道的建成將有效打通城外500 kV變電站與城內(nèi)220 kV變電站地下電纜的輸電通道，有效改善長(zhǎng)沙河?xùn)|地區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保障長(zhǎng)沙地鐵3號(hào)線、5號(hào)線、城際鐵路及沿線周邊的穩(wěn)定供電，是長(zhǎng)沙城東地區(qū)重要的地下能源通道。

本隧道內(nèi)的電纜為目前湖南省內(nèi)電纜路徑最長(zhǎng)、電纜回路數(shù)多、電纜中間接頭多的電纜群。據(jù)國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)內(nèi)部不完全統(tǒng)計(jì)，電纜中間接頭處是電纜最薄弱的地方，容易產(chǎn)生故障，因此，減少接頭數(shù)量可以相應(yīng)減少電纜運(yùn)行故障概率，提高電纜可靠性，即減少接頭，增加盤長(zhǎng)，就可以降低電纜線路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少工程投資。傳統(tǒng)電纜設(shè)計(jì)分段長(zhǎng)度偏短，通常220 kV電纜工程每盤長(zhǎng)度為500 m左右，下文針對(duì)萬(wàn)家麗路220 kV電力隧道中科大—鴨子鋪雙回220 kV線路電纜采用不同分盤長(zhǎng)度、不同接頭數(shù)量，對(duì)比分析計(jì)算護(hù)套感應(yīng)電壓值及電纜附件數(shù)量的變化。

1? ? 護(hù)套感應(yīng)電壓

長(zhǎng)沙科大—鴨子鋪220 kV線路起自科大220 kV變GIS終端，止于鴨子鋪220 kV變GIS終端，全線采用雙回路電纜敷設(shè)。單根電纜長(zhǎng)度為6.504 km，其中盾構(gòu)隧道電纜長(zhǎng)5.3 km，其余敷設(shè)在變電站出線段的明挖隧道內(nèi)。電纜的布置如圖1、圖2所示。

1.1? ? 計(jì)算過(guò)程

電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與輸送電流、電纜排列方式和間距有關(guān)。以盾構(gòu)隧道水平排列為例，中間相護(hù)套感應(yīng)電壓較兩邊相低，因此只需計(jì)算兩邊相護(hù)套感應(yīng)電壓即可。水平排列時(shí)兩邊相正常工作情況下電纜護(hù)套感應(yīng)電壓計(jì)算公式為：

U=L×

Y=X0+a

a=（2ωln 2）×10-4

X0=2ωln

×10-4

式中：U為護(hù)套感應(yīng)電壓;L為電纜最大分段長(zhǎng)度;I為電纜最大輸送電流;Y、X0、a為計(jì)算過(guò)程參數(shù)符號(hào);ω為常數(shù)，ω=2πf，f為系統(tǒng)頻率;S為電纜中心間距;r為電纜護(hù)層幾何平均半徑，r=0.778 8r1，r1為電纜護(hù)層平均半徑。

本工程線路電纜選用分割銅導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣波紋鋁護(hù)套阻燃聚乙烯外護(hù)套縱向阻水電力電纜（型號(hào)ZC-YJLW03-Z 127/220 1×2 500 mm2），電纜護(hù)層平均半徑為61 mm，電纜最大輸送電流為2 200 A，電纜中心距取230 mm。

電纜線路采用交叉互聯(lián)方式的目的是減少金屬護(hù)套感應(yīng)電壓，且不受線路總長(zhǎng)度限制。本工程線路電纜金屬護(hù)套采用兩端直接接地、中間交叉互聯(lián)接地方式，將電纜全長(zhǎng)均勻分割成3段或3的倍數(shù)段，每3個(gè)小段為一個(gè)完整交叉互聯(lián)大段。本工程電纜金屬護(hù)套分別采用4個(gè)完整交叉互聯(lián)、3個(gè)完整交叉互聯(lián)、2個(gè)完整交叉互聯(lián)接地方式進(jìn)行電纜護(hù)套感應(yīng)電壓計(jì)算。

1.2? ? 計(jì)算結(jié)果

科大—鴨子鋪雙回220 kV線路單根電纜長(zhǎng)度為6.504 km，采用4個(gè)完整交叉互聯(lián)接地方式，將電纜分為4個(gè)完整分段，12個(gè)小段，每小段電纜長(zhǎng)542 m。計(jì)算得到正常運(yùn)行時(shí)鋁護(hù)套感應(yīng)電壓最大值為129 V。

科大—鴨子鋪雙回220 kV線路單根電纜長(zhǎng)度為6.504 km，采用3個(gè)完整交叉互聯(lián)接地方式，將電纜分為3個(gè)完整分段，9個(gè)小段，每小段電纜長(zhǎng)723 m。計(jì)算得到正常運(yùn)行時(shí)鋁護(hù)套感應(yīng)電壓最大值為191 V。

科大—鴨子鋪雙回220 kV線路單根電纜長(zhǎng)度為6.504 km，采用2個(gè)完整交叉互聯(lián)接地方式，將電纜分為2個(gè)完整分段，6個(gè)小段，每小段電纜長(zhǎng)1 084 m。計(jì)算得到正常運(yùn)行時(shí)鋁護(hù)套感應(yīng)電壓最大值為292 V。

在不增加其他任何設(shè)備的條件下，對(duì)6.504 km電纜采用不同長(zhǎng)度分盤，得出的鋁護(hù)套感應(yīng)電壓值如表1所示。

高壓?jiǎn)涡倦娎|運(yùn)行時(shí)，感應(yīng)電壓的大小與流過(guò)電纜導(dǎo)體的電流、線路長(zhǎng)度成正比。在相同條件下，增加盤長(zhǎng)后勢(shì)必會(huì)增加該段電纜金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓。國(guó)內(nèi)GB 50217—2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及DL/T 5221—2016《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》對(duì)于交流單芯電纜金屬護(hù)套接地方式都有明確的規(guī)定：?jiǎn)涡倦娎|金屬護(hù)套接地時(shí)，采用能有效防止人員任意接觸金屬套的安全措施時(shí)，金屬護(hù)套感應(yīng)電壓不得大于300 V。根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)在電力電纜均有防止人員接觸金屬護(hù)套的措施，科大—鴨子鋪雙回220 kV線路單根6.504 km電纜采用3種分段、不同盤長(zhǎng)時(shí)，電纜鋁護(hù)套感應(yīng)電壓均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)范[1-2]要求，即在300 V的控制感應(yīng)電壓下，本線路工程可采用大長(zhǎng)度電纜敷設(shè)。

2? ? 電纜附件材料量對(duì)比

科大—鴨子鋪雙回220 kV線路電纜采用不同盤長(zhǎng)時(shí)的電纜附件材料量對(duì)比如表2所示。

根據(jù)表2對(duì)比結(jié)果，采用2個(gè)完整交叉互聯(lián)接地方式時(shí)，對(duì)比采用3個(gè)、4個(gè)完整交叉互聯(lián)接地方式，中間接頭數(shù)量及接地箱數(shù)量均遞減，即采用大長(zhǎng)度電纜縮短了工程施工周期，減少了工程成本及工程維護(hù)費(fèi)用，降低工程造價(jià)效果顯著。

3? ? 項(xiàng)目建設(shè)條件

3.1? ? 生產(chǎn)能力

通過(guò)收集電力線路工程相關(guān)信息，目前國(guó)內(nèi)已實(shí)施過(guò)的項(xiàng)目中最長(zhǎng)單盤220 kV電纜長(zhǎng)1 715 m，大部分電纜廠家具備生產(chǎn)大截面大長(zhǎng)度高壓電纜能力。近幾年，國(guó)內(nèi)部分已實(shí)施的大截面大長(zhǎng)度電纜信息如表3所示。

3.2? ? 運(yùn)輸

陸地電纜一般采用盤具運(yùn)輸，電纜廠家通過(guò)增加盤具內(nèi)寬的形式，將貨車總高度控制在5 m以內(nèi)，可以滿足大長(zhǎng)度電纜的運(yùn)輸條件。

3.3? ? 施工

在電纜敷設(shè)施工環(huán)節(jié)，施工單位可以通過(guò)采用全自動(dòng)電纜輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電纜展放裝置，解決電纜承重、電纜輸送速度匹配、電纜輸送角度控制等施工技術(shù)性問(wèn)題。

3.4? ? 運(yùn)維

根據(jù)工程配置的監(jiān)控設(shè)施，運(yùn)維單位可以通過(guò)電力電纜監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電纜護(hù)套感應(yīng)電壓和護(hù)層接地電流、局放、分布式光纖測(cè)溫、通信等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和判斷。

4? ? 綜合對(duì)比分析

采用大長(zhǎng)度高壓電纜與普通長(zhǎng)度高壓電纜綜合對(duì)比分析如表4所示。

5? ? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，使用大長(zhǎng)度電纜可降低電纜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少建設(shè)成本，提高電纜運(yùn)行可靠性、社會(huì)效益。隨著城市布局不斷優(yōu)化、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷完善、社會(huì)效益不斷提升，110 kV電纜線路、220 kV電纜線路應(yīng)用越來(lái)越廣泛，結(jié)合近幾年國(guó)內(nèi)大長(zhǎng)度大截面高壓電纜的順利投運(yùn)，采用大長(zhǎng)度大截面電纜成為高壓電力線路工程建設(shè)的趨勢(shì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50217—2018[S].

[2] 城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定：DL/T 5221—2016[S].

收稿日期：2024-02-23

作者簡(jiǎn)介：易娜（1983—），女，湖南岳陽(yáng)人，工程師，研究方向：高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)、高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)。