芻議110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計的幾個問題(1)

1、芻議110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計的幾個問題摘要：當(dāng)今社會，我國的城市經(jīng)濟建設(shè)正在持續(xù)不斷地開展，隨著這股發(fā)展熱潮的推進，人們在生活水平與服務(wù)宗旨等方面要求也提出了全新的要求。在黨的號召下，我們應(yīng)該狠抓城市建設(shè)中遇到的幾個重要問題，其中電網(wǎng)電纜的設(shè)計問題就是一大熱點。本文以分析為主，有針對性地探討了110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計中出現(xiàn)的幾個問題，其中包括外護套與回流線、電纜的接地、電纜敷設(shè)方式以及故障方面的問題等，并在提出問題之后做出了一些討論。關(guān)鍵詞：高壓電纜；線路設(shè)計；外護套；回流線；接地電纜；敷設(shè)方式引言最近幾年，在我國經(jīng)濟飛速進步的勢頭下，城市建設(shè)也在持續(xù)地擴大規(guī)模，而電網(wǎng)的建設(shè)在

2、如今的城市建設(shè)中占有舉足輕重的地位，對社會環(huán)境都有著密不可分的聯(lián)系。在城市電力規(guī)劃規(guī)范（GB5O293-l999)中，第7.5.6條就有較為明確的規(guī)定：市區(qū)內(nèi)規(guī)劃新建的35kV以上電力線路，在市中心地區(qū)、高層建筑群區(qū)、市區(qū)主干道以及繁華街道等地區(qū)應(yīng)采取地下電纜。然而，llOkV及以上高壓電纜線路有比較特殊的原因如投資成本高于其他電纜線路等，所以其在城市的應(yīng)用與中、低壓電纜的線路相比，并非過于廣泛。多數(shù)設(shè)計單位尚未接觸或是初次接觸，對二者的特性和區(qū)別不是那么了解。對很多單位而言，高壓電纜線路的設(shè)計是一種十分陌生的新概念，所以也會往往不注意其線路設(shè)計中的一些特點，導(dǎo)致工程出現(xiàn)不完善之處。一、高壓電

3、纜線路思路與重點1.外護套的選擇對于110kV及以上高壓電纜線路來說，選擇外護套的工作至關(guān)重要，可能直接關(guān)系到整個工程的成敗。而在挑選材料的時候，一般都會在聚氯乙烯（PVC)或聚乙烯(PE)這兩種有機分子合成的高聚物材料之間進行。其中，PVC具有阻燃性好的優(yōu)點，相對而言其力學(xué)性能就較差，而PE則恰好與PVC相反，其力學(xué)性能較好，卻沒有很好的阻燃性，價格較貴卻有良好的環(huán)保作用。所以，綜合上述特點進行選材的考慮，我們常在電纜溝及隧道內(nèi)選擇使用前者，而在排管敷設(shè)時選擇使用后者。2.回流線的要求按照電力工程電纜設(shè)計規(guī)范（GB5O2l72OO7)中，第4.l.l5條的相關(guān)規(guī)定，回流線的安裝在電纜設(shè)計中于

4、以下情況是必須進行有效安裝的。如果有110kV及以上單芯電纜金屬護層單點接地，且系統(tǒng)在短路后，金屬護層上產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電壓高于其絕緣之極限強度，或比用以護層的電壓限制器所耐壓更高；需要抑制電纜附近弱電線路進行的電氣干擾，有一端為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并且還要接地的線路等。在經(jīng)過接地回流線的設(shè)置工作完成以后，還不得不讓兩端統(tǒng)統(tǒng)接地，若如此做，當(dāng)出現(xiàn)單相接地的短路現(xiàn)象，電流能夠流經(jīng)回流線，然后朝著系統(tǒng)中性點方向進行移動。圖1.回流線分流示意圖如圖1可知：(I0-Ip)Ri-IpZpp+I0Z0P-IPR2=0 (1)其中，Ip指的是一種電流，這種電流流經(jīng)回流線，以安培（A）為單位；ZPP指的是回流線在大地這條

5、回路上的自感阻抗，其單位為歐姆（）；Zpp=rp+rg+j2ln(De/GMRP) (2)其中，rp指的是回流線電阻，其單位為/km；rg指的是大地電阻，其單位同上；rg=2f10-4，/km; (3)De=93.18 (4)其中，De指的是大地電流回路的深度，計算時其單位是米（m）；而則指的是大地電阻率，其單位為m；GMRP=0.3894dP；其中，dp指的是回流線的外徑，一般以米（m）為單位；Z0P=rg+j2ln(De/SAP) (5)SAP指的是回流線對A相電纜的平行間距，一般以米（m）為單位；R1指的是大地的接地電阻，而R2代指回流線的接地電阻，單位均為。從而，得IP=(R1+Z0P

6、)I0/(R1+R2+ZPP) (6)我們單獨拿出式（6)來分析可知，如果減小其接地電阻R2的值，則可使回流線的分流變多。不然的話，就必須想方設(shè)法增大Z0P的值，然后相對地減小ZPP的值，這樣也就不得不減小SAP的值了，該值的減少也正代表回流線必須無限接近電纜線路。而觀察式（)不難發(fā)現(xiàn)，要想減小Zpp的值，必須要求降低rp，增加GMRP，即達到小回流線電阻與大半徑的目的即可。除此之外，在選擇回流線時，還有個具體的要求，那就是截面要達到熱穩(wěn)定要求，且在極限暫態(tài)電流的狀態(tài)中能夠穩(wěn)定較長時間；還有值得一提的一點，就是回流線通常都配備了特殊的防腐層，這也是因為在地下，回流線可能會受到土質(zhì)影響而發(fā)生化學(xué)

7、腐蝕。3. 回流線的布置 電纜三相水平排列在圖2中，我們可以清楚的看到，電纜三相水平排列是根據(jù)公式S2=S/2或S1S3=S22而來。而此種排列方式中回流線內(nèi)無感應(yīng)電勢，也是為了降低環(huán)流的消耗。 圖2回流線布置示意圖 電纜三等分品字形設(shè)置通常來說，回流線中三等分換位若處于品字形之間相互聯(lián)系是為最佳。然而，在工程中，想做到這點需要非常大的工作量，處理起來過于麻煩。因此，本人建議實際工作中做到圖2所示亦可。 線路的交叉互聯(lián)在一些長度不小的線路中，一般要分多個單元，每單元還需按盡量等值的多段來達到交叉互聯(lián)。并且金屬護層在線路的兩端都接地，因其電阻低，平均半徑大，便無再設(shè)置回流線的必要了。二、關(guān)于電纜

8、的接地1.直接接地端的選擇 在中壓電纜中，三芯電纜被廣泛使用，這是因為芯線的位置是三角形對稱的，這樣金屬外皮就無法出現(xiàn)感應(yīng)電流。而高壓單芯電纜就大相徑庭了，芯線與金屬外殼與一臺變壓器的初、次級繞組類似。而在高壓電纜通入交流電時，通過周圍發(fā)生的磁力線與金屬護套的鉸鏈作用，護套中自然生成電壓。若此時兩端均接地，那么護套將在導(dǎo)線中閉合而出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。電纜在正常運作的同時，護套上的環(huán)流即可和芯線形成負載電流比例接近1:1的電流互感器。也就不只是在金屬護套的熱能消耗，電纜絕緣層的加速老化也會降低芯線的極限載流量，最多可降40%。 如果全線皆是使用電纜，則無論哪端都能直接進行接地的操作，但經(jīng)驗往往告訴我們

9、選線路的終端處，效果更佳。在電纜一端連接架空線時，護套的直接接地點通常安裝相連的那端，而護層電壓限制器則立在另一端（見圖2) ，以使護套上的沖擊過電壓盡可能地走低。2.絕緣分割交叉互聯(lián)接地線路長、線芯電流大且金屬護套僅于一端接地的情況下，感應(yīng)電壓能夠達到數(shù)百伏之高，危害到人、設(shè)備安全。因此，工程中最常見的是采用普通接頭，同時又被稱為直通接頭。即把金屬護套與絕緣的屏蔽層以一些合適的組成分解開來，各組成中又繼續(xù)分多個長度接近的小段，以絕緣分割法使相鄰的金屬護套、屏蔽層交叉連接，見圖3。圖3電纜交叉互聯(lián)示意圖 在電纜的排列處于對稱的情況下，因為每個被分成的小段其護套電壓有120。的相位差，幅值保持不

10、變，接地點之間則無電位差，也就是說這樣沒有產(chǎn)生循環(huán)電流的可能。如此一來，該線路護套電壓的極大值便等于小段所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。 如果說電纜并不按照對稱的方式來進行排列，那么即便是各小段有一致的長短，三相護套電壓的向量和也不可能等于。要是在進行交叉互聯(lián)之后僅其中一端接地，那么其他一端會對地產(chǎn)生合成電壓，該壓值很小，不足以使護套內(nèi)產(chǎn)生任何循環(huán)電流。而如果此時把兩端均勻接地，該電壓就會因為壓值的增大而具備了產(chǎn)生循環(huán)電流的可能性。但是一般來說，由于這個合成電壓一般較小，就算能產(chǎn)生循環(huán)電流，其值也必定不會很大，所以如果有相關(guān)數(shù)值的計算問題，則我們可以選擇直接忽略不計。當(dāng)然，在通過一系列的分析之后，計算合成電

11、壓對護套電壓產(chǎn)生的影響，還是必須要知道護套內(nèi)循環(huán)電流大小的。由于護套都有相同的阻抗，則根據(jù)等式性質(zhì)可推出其循環(huán)電流也應(yīng)該相等。那么我們只需以原有的每小段護套上的感應(yīng)電壓與由循環(huán)電流產(chǎn)生的壓降相加，即可得出護套電壓。 如果所取的每個小段長度不一，那么在分析時，除了要考慮大地的電流，還需要注意的是在護套中產(chǎn)生回路的循環(huán)電流。這里舉出某工程實例，如圖4，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，第二單元的三個小段電纜長度有嚴重不一的現(xiàn)象，如果對其進行運行感應(yīng)電流的測定，則恰好得出其最大值。圖4.某110kV線路接地系統(tǒng)圖三、敷設(shè)方式的選擇1.電纜隧道電纜隧道是一種非常重要的電纜敷設(shè)方式，它不僅擁有很大的空間容量以及完備的基

12、礎(chǔ)設(shè)施，它在進行電纜的敷設(shè)和維修管理等工作上也十分便捷，因此廣受歡迎。電纜隧道適用于110kV及以上電纜且回路多的輸電線路，其橫截面一般呈圓形和矩形，而圓形隧道有更高的空間利用率。一項研究表明，如果把導(dǎo)體呈正三角形的方式進行排列，同時把電纜線路呈垂直的蛇形來進行敷設(shè)，則可合理地利用隧道中極為有限的空間資源。772.電纜溝電纜溝有占用空間小，花費不多等幾大優(yōu)點。然而，因其被歸納為二級構(gòu)筑物，暫時無法提供輔助設(shè)施及高度防水的條件。此敷設(shè)方式在經(jīng)多年之后，常發(fā)生溝蓋板的開裂、殘缺、地面水往溝內(nèi)溢的情況，使道路的美觀、電纜的絕緣受到影響。3.電纜排管如果投資與地下空間即將走向末路，那么電纜的排管敷設(shè)也

13、是施工必不可少的環(huán)節(jié)。但此時需注意： 若定義各段電纜敷設(shè)45度及以上角度轉(zhuǎn)彎之次數(shù)為轉(zhuǎn)彎率，那么在S3時，排管敷設(shè)就不適用了。某工程110kV電纜通道轉(zhuǎn)彎率=5，原設(shè)計使用電纜排管，后為以節(jié)省投資為由將其改成排管；排管施工方以避開樹木為由，在施工中失去了排管轉(zhuǎn)彎角度的控制；通過電纜牽引機進行敷設(shè)，并未使用電纜保護措施， 最終還耽誤了工期，增加了投資。 在對同種電纜線路穿管敷設(shè)和隧道中敷設(shè)的載流量開展比較之后，我們不難發(fā)現(xiàn)，穿管敷設(shè)電纜要比在空氣中敷設(shè)的輸送量低了一半以上。排管敷設(shè)在進行之前，要先對選擇的電纜截面進行載流量的校驗，另外安裝散熱管孔也是有必要的。 而針對長電纜線路而言，因電纜使用的

14、接地方式為交叉互聯(lián)，必須事先定好接頭位置。因此，如果遇到電氣設(shè)計不夠明確的情況，電纜排管的使用也是有限制的。四、 其他方面的問題1. 電纜的保護鑒于部分電力電纜的敷設(shè)有較差的施工環(huán)境，通常還伴隨重金屬污水、腐蝕性液體以及有毒的氣體，在某些地區(qū)甚至有出現(xiàn)白蟻侵蝕的可能性，這些不可預(yù)知的因素都會對電纜產(chǎn)生巨大的危害。雖然在很大程度上，電纜外護套是可以對電纜有一定保護作用的，它能夠使電纜金屬護套避免受到上述大部分類型的有害物質(zhì)的侵害。但是相對而言，至于那些缺少金屬護套的電纜，外護套起到的作用主要有絕緣、封閉。在預(yù)防白蟻的工作上，可以考慮選擇防性能較好和硬度較高的外護套，在防止電纜在在運行過程中被白蟻

15、啃噬的同時還可以減少敷設(shè)過程中發(fā)生較大的損傷。除此之外，電纜外護套的絕緣功能，直接對電纜線路的整體運行質(zhì)量產(chǎn)生作用，并且決定了電纜發(fā)生故障后的檢測效率。2.故障的檢測本文中所介紹的110kV及以上電壓等級的超高壓電纜，通常都是采用單芯的。而在該結(jié)構(gòu)的電纜中，三相所存在的距離往往都是一定的，感應(yīng)電動勢存在且無法抵消。電纜在正常地運行時，導(dǎo)體電纜所產(chǎn)生的一部分磁力線與金屬護套交叉互聯(lián)，使得在金屬護套上得以發(fā)生感應(yīng)電動勢。一旦外護套受外力影響而被破壞，一方面可能會造成金屬護套因為直接接地而生成環(huán)流損耗，以使得電纜線路的輸送容量不斷降低，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)也必將是電纜線路長久運作的一個巨大的安全隱患；而在另一方面，外護套的缺失也將有損電纜故障檢測的準(zhǔn)確性。如今的故障檢測方法一般都是以護套內(nèi)的金屬護套當(dāng)作傳感器，若電纜外護套功能健全，金屬護套在已知地點接地，此時電纜故障檢測方法中作為傳感器的金屬護套回路為故障檢測信號的正常工作回路。然而，電纜丟失外護套的話，金屬護套將多點接地，導(dǎo)致故障檢測信號工作回路的短路。結(jié)語因金屬護套有感應(yīng)