配電線路運行與檢修(第三章 電力電纜基礎)

1、配電線路運行維護與檢修南方電網公司 姚啟倫1 電力電纜是一種地下敷設的送電線路2電纜線路優(yōu)點不占用地上空間供電可靠性高電擊可能性小分布電容較大維護工作量少3電纜線路區(qū)別于架空線路的缺點投資費用大引出分支線路比較困難故障測尋比較困難電纜頭制作工藝要求高4第三章 電力電纜基礎目的和要求：1、了解電纜的用途和基本結構，熟悉電纜的型號及載流量：2、了解和熟悉電力電纜的普通知識，了解電纜故障產生的原因及電纜故障的分類。5第一節(jié) 電力電纜基本結構一、電力電纜的結構電力電纜的基本結構（如圖3-1所示）：由導體、絕緣層、護層（包括護套和外護層）3部分組成。電纜采用鋼或鋁做導體；絕緣體包在外面起絕緣作用，可分為

2、紙絕緣、橡皮絕緣和塑料絕緣3種；擴套起保護絕緣層的作用，可分為鉛包、鋁包、銅包、不繡鋼包和綜合護套；護外層一般起承受機械外力及拉力作用，以免電纜受損，主要有鋼帶和鋼絲兩種。 絕緣層導體護層圖3-1 電力電纜基本結構6 1、不滴漏油浸紙帶絕緣型電纜 （1）絕緣紙 厚度。相絕緣帶的寬度一般為1430mm電纜紙度，其厚度在之間，統(tǒng)包絕緣帶的厚度為。水分：（81/2) （未經處理時）。包繞方式有銜接式、搭疊式、間隙式3種。 （2）半導體紙 在電纜紙的紙漿中摻入直徑為20 30nm的膠體炭黒粒子制成的紙。 因為絕緣層和內護層使用的材料不同，油浸紙中的測溫發(fā)生變化時，其膨脹系數(shù)是鉛的7 8倍，這樣就會在絕

3、緣和鉛包之間形成永久空氣隙，空氣隙的絕緣性能差，在高電場中會產生游離，從而使絕緣逐步損壞。 半導體電紙使空氣隙位于半導電紙與鉛包之間。因為半導電紙是導電的，因此半導電紙與鉛包之間同電位，這樣空氣隙不再承受電壓，防止了氣體游離從而保護了絕緣層，使電纜的壽命延長(如圖3-1(a)所示)。 （3）適用范圍 由于三芯電纜的電場在同一個屏蔽內，電場的疊加使電纜內部的電場分布不均勻，故而電纜絕緣性能便不能充分利用，因此這種電纜只能用在10kV及以下電壓等級。 圖3-1（a）不滴漏油浸紙帶絕緣型電纜72、不滴漏油浸紙絕緣分相型電纜 由圖3-1(b)中可以看出，其結構與前述不滴漏油紙帶絕緣型電纜有以下3個區(qū)別

4、： （1）每相線芯上包繞1層半導體紙（即線芯屏蔽），使絞合線芯的表面曲率變大，電場分布更均勻；同時，使絞合線芯與與油紙絕緣層之間的氣隙不可避免的處于半導電紙的線芯之間，這樣氣隙就處于等電場中，不易發(fā)生游離。 （2）每相纜芯的絕緣層外應包1層半導體紙作為絕緣屏蔽，然后擠上金屬內護套，從而使每相電纜絕緣內部的電場分布均勻，絕緣層表面不產生電場應力，這樣絕緣材料得到充分利用。 （3）填料在分相型電纜中僅起填空作用， 故無絕緣要求，因此任何柔軟的無腐蝕性的材料都可作為填料，一般采用麻繩作為填料。填料在結構上使電纜內部電場分布均勻和氣隙減少，因此絕緣性能比前述不滴漏油紙帶絕緣型電纜結構好，故適用于20

5、35kV電壓等級，有的還可使用在66kV電壓等級上。 圖3-1（b)不滴漏油浸紙絕緣分相型電纜83、自容式充油電力電纜 （1）自容式充油電力電纜結構、與普通的油浸紙絕緣電纜相比有以下特點： 1）線芯中心由螺絲管支撐形成中心油道，油道和端部的供油裝置（壓力箱）連接，消除了因內部溫度變化而產生的氣隙，因此其允許工作強度提高了。 2）為了使電纜內部的油在油道中通暢及提高浸漬補充速度，應使用低黏度的油。為了提高電纜的絕緣水平，采用絕緣度高；介質損耗低、純凈和經真空處理的低黏度的絕緣油，如十二烷基苯合成油等。 3）充油電纜在高于大氣壓的油壓條件下工作，因而使電纜內部的氣隙大大減少，油壓越高則電纜內部的氣

6、隙越少，絕緣所適用的電壓等級越高。 由于電纜內部始終有壓力存在，為了加強內護層的機械強度，在外護層中多加了一層加強層的結構，這是一層比內護層機械強度高很多的材料，一般用銅帶或不綉鋼帶包繞在內護層外，從而使內護層的機械強度增強。 現(xiàn)有的充油電力電纜油壓一般分下列3種：a.低油壓：；中油壓：；高油壓：1。 圖3-1(c)自容式充油電力電纜9 （2）要求。 1）電纜內部的絕緣油需經抽真空處理。 2）包繞絕緣的厚度應采用分階絕緣方式，即根據(jù)處于不同的電場強度其厚度作相應變化，這樣可以充分利用絕緣層的絕緣水平，降低絕緣厚度。 3）電纜內部不允許失壓，（電纜線路要求在任何時刻、任何一點的油壓大于0.02M

7、pa)。 4）外護層在出廠時應經10kV直流耐壓不擊穿合格試驗（投運后其絕緣電阻應大于1M/km。 （3）適用電壓范圍 由于其制造、運輸、安裝和接頭工藝復雜和昂貴，因此可用于超高壓、大容量的輸電線路。一般單芯充油電力電纜的電壓等級在110500kV之間。104、橡塑電纜 （1）基本結構：橡皮電纜的絕緣層是采用如橡膠、聚氯乙烯、聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯等絕緣強度高的可塑性材料，在一定的溫度和壓力下用擠注的方式制成的。它的半導電層和絕緣層一樣，是一種半導電橡塑材料基本上是與絕緣層同時擠出成型的。因此該種電纜無論多長，其每相的絕緣層必是一個整體，故又稱為整體絕緣層電纜。 在6kV及以下電壓等級的橡塑電纜中

8、，只有在絕緣層表面有半導電層，而在10kV及以上電壓等級電纜中，在線芯表面和絕緣層外表都有半導電層。橡塑電纜的施工和安裝比較方便，故目前這種電纜的發(fā)展快速，在35kV及以下電纜中有取代油浸紙電纜的趨勢。 （2）絕緣材料要求：絕緣層應無雜質和氣泡，表面光滑。線芯導體周圍的絕緣層的厚度應均勻一致。絕緣厚度平均值不應小于規(guī)定的標稱值，絕緣最薄點的厚度不應小于規(guī)定標稱值的90，即。 （3）適用范圍：由于橡塑電纜的絕緣層具有可塑性和整體性，因此，在施工彎曲時，只要絕緣層不方式斷裂和損壞，就不會影響絕緣水平。這種電纜的彎曲半徑比上述紙絕緣電纜小，同時敷設的高度差不受限制。這類電纜可適用與高度差，彎曲半徑比

9、較小的場合。11二、電力電纜的分類 常用電力電纜的分類方法如下： （1）按電壓等級分類。電壓等級分2個數(shù)值，用斜杠分開，斜杠前數(shù)字是相電壓值，斜杠后數(shù)字是線電壓值，中壓配電網常用電纜的電壓等級有、66、7/15等。 （2）按導體材料分類。分為銅芯電纜和鋁芯電纜2種。 （3）按導體標稱截面積分類。我國電力電纜的標稱截面符號系列為、4、6、10、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400等。 （4）按導體芯數(shù)分類。電力電纜導體芯數(shù)有單芯、二芯、三芯、四芯和五芯 五種。四芯和五芯電纜的零線和保護線可與相線的截面積或者不同，中壓電纜多為單芯或三芯。 （5）按絕緣材料分

10、類。分為油紙絕緣電纜和塑料擠包絕緣電纜。 油浸紙絕緣電纜是以紙絕緣為主的絕緣體，用絕緣浸漬充分浸漬制成。塑料擠包絕緣電力電纜包括聚氯乙烯絕緣電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、聚乙烯絕緣電力電纜、橡膠絕緣電力電纜、阻燃電力電纜、耐火電力電纜等。12第二節(jié) 電力電纜型號 一、電力電纜的型號表示方法（1）用漢語拼音字母的大寫分別表示絕緣種類、導體材料、內護層材料和結構特點，常用電力電纜型號及其含義見表3-1。（2）用數(shù)字表示外護城構成，無數(shù)字表示無外護層。（3）電纜型號按電纜結構的排列一般依下列次序，絕緣材料、導體材料、內護層、外護層。（4）電纜產品型號、額定電壓和規(guī)格表示。其方法是在型號后面再加上

11、說明額定電壓、芯數(shù)和標稱截面積的阿拉伯數(shù)字。 型號舉例： v v-10-350，表示銅芯、聚氯乙烯絕緣、粗鋼線鎧裝、聚氯乙烯護套，額定電壓10kV、三芯、標稱截面積為50mm2的電力電纜。YJV32-1-3150表示銅芯、交聯(lián)聚氯乙烯絕緣、細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套、額定電壓1kV、三芯、標稱截面積為150mm2電力電纜。13 表3-1 常用電力電纜型號及其含義注 阻燃電纜在代號前加ZR；耐火電纜在代號前加NH。 二、常用電力電纜及其應用 常見電力電纜及適用范圍見表3-214 表3-2 常見電力電纜及適用范圍15第三節(jié) 電力電纜的線路敷設 電纜的敷設方式應根據(jù)電壓等級、最終數(shù)量、施工條件及初期投資

12、等因數(shù)確定，主要的敷設方式有直埋敷設、排管敷設、電纜溝敷設、隧道敷設、橋架敷設、電纜豎井敷設、架空敷設、海底敷設等。16 1、直埋敷設 (見圖3-2)將電纜直接埋設地下深以下的一種敷設方式，是最經濟最簡便的敷設方式，適用于電纜線路不太密集和交通不太頻繁的城市地下走廊，如市區(qū)人行道、公園綠地及公共建筑間的邊緣地帶。它的優(yōu)點是施工時間短，散熱條件好、載流量較大；缺點是容易受到機械外力損壞，更換電纜困難，容易受到周圍土壤化學或電化學腐蝕。直埋敷設的電纜一般應選用鎧裝電纜，敷設的路徑應豎立電纜位置的標志。 圖3-2 直埋敷設172、排管敷設（圖3-3）將電纜敷設在預先埋設于地下的管子中的一種安裝方式。

13、通常用于交通頻繁、城市地下走廊較為擁擠的地段。排管每達到一定長度應設置一座人井，兩座人井間的距離決定于敷設電纜的允許牽引和地形。排管敷設的優(yōu)點是土建工程一次完成，其 在同途徑陸續(xù)敷設電纜時不必重復“開挖”道路，檢修或更換電纜迅速方便，此外不易受到外力機械損壞。缺點是土建工程投資較大、工期較長，而且如果排管中的電纜損壞，需要更換相鄰人井間的整根電纜。 圖3-3 排管敷設183、電纜溝敷設（見圖3-4）將電纜敷設在預先砌好的電纜溝中的一種電纜安裝方式。適用于不能直接埋入地下且無機動車負載的通道，如人行道、工廠內場地等。電纜溝敷設的優(yōu)點類似于電纜排管敷設，而且需要的人井少，減少了投資；缺點是蓋板承壓

14、強度較差，電纜溝容易積水，電纜的載流量比直埋的低。 圖3-4 電纜溝敷設194、隧道敷設（見圖3-5） 將電纜敷設在地下隧道內的一種電纜安裝方式。用于電纜線路較多和電纜線路路徑不易開挖的場所（如過江隧道、機場跑道隧道）。隧道的高度、寬度除了滿足容納需要敷設電纜的數(shù)量外，還需要滿足施工事必要的場地要求，通常還有照明、排水、通風、防火措施及設備。電纜隧道敷設具有方便施工、巡視、檢修和更換電纜容易等較多優(yōu)點；其缺點是投資大，隧道施工期長且防火要求嚴格。圖3-5 隧道敷設205.橋架敷設（見圖3-7） 將電纜敷設在建筑物內預先裝設的電纜橋架的一種電纜安裝方式。主要用在戶內變電站、開關站、配電所。電纜橋

15、架一般比電纜隧道有更大空間，因此其電纜支架可以不依附墻壁，并可按需要位置設立多層橋架，橋架四周及橋架之間備有通道，便于施工和運行維護。圖3-7 橋架敷設216、電纜豎井敷設（見圖3-9） 將電纜敷設在預先建設的豎井中的一種敷設方式，主要用于高層建筑或電力隧道出口豎井。圖3-9 電纜豎井敷設227、架空敷設（圖3-10）將電纜敷設在懸掛的架空鋼索上的一種敷設方式。主要用在電纜根數(shù)少、地下敷設有困難的場合，或適用于短期使用的臨時設備。室外架空敷設的電纜應盡量避免太陽直接照射，必要時加遮陽罩。 圖3-10 架空敷設238、海底電纜敷設（見圖3-11）將電纜敷設在水中的一種敷設方式。主要用在電纜線路跨

16、越內河、大江、海峽等場所。海底電纜敷設不僅要滿足設計要求，還要根據(jù)具體工程選用最佳的敷設方法及相應的裝備。 圖3-11 海底電纜敷設圖3-11 海底電纜敷設24 9、電纜的敷設要求 （1）敷設順序：先電力電纜，再控制電纜；先集中電纜，再較分散電纜；先較長電纜，再較短電纜。 （2）排列布局：電力電纜和控制電纜應分開排列，同一側的支架上應盡量將控制電纜放在電力電纜下面，對于高壓充油電纜不宜放置過高。 （3）一般工藝要求：橫看成線、縱看成片，引出方向、彎度、余度相互間距、掛牌位置一致，避免交叉壓疊，做到整齊美觀。25第四節(jié) 電力電纜載流量電纜導體中所通過的電流稱為電纜的載流量。電纜連續(xù)允許載流量是指

17、電纜的負荷為連續(xù)恒定電流（假定負荷率為100）時的最大允許值。 在實際運用中的載流量有三類：一是長期工作條件下的允許載流量；二是短時間允許通過的電流；三是短路時允許通過的電流。計算電纜連續(xù)載流量的假設條件是電纜處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，即電纜加上負荷后，導體溫度逐漸逐漸上升到一個穩(wěn)定值，這時電纜的發(fā)熱和散熱達到平衡。26在熱定狀態(tài)下，電纜中的熱流形（包括導體損耗、介質損耗和護層損耗）和各辦法熱阻，決定了導體和周圍媒質之間形成的熱流場。電纜等值熱路圖如圖3-11所示。(b)(a) 圖3-11 電纜等值熱路圖（a)單芯電纜等值熱路圖（b)雙芯電纜等值熱路圖27 電纜導體的長期允許工作溫度，不應超過表3-3中

18、所列的數(shù)值（若與制造廠規(guī)定的有出入時，應以制造長規(guī)定為準。 表3-3 正常運行時電纜的允許溫度 28 電纜正常運行時的長期允許載流量，應根據(jù)電纜導體的工作溫度，電纜各部分的損耗和熱阻、敷設方式、并列條數(shù)、環(huán)境溫度以及散熱條件等加以計算確定。電纜原則上不允許過負荷，即使在處理事故時出現(xiàn)的過負荷，也應迅速恢復正常電流。 各種材料的熱阻系數(shù)見表3-4 表3-4 各種材料的熱阻系數(shù)29第五節(jié) 電纜經濟截面的選用方法和巡視維護 一、電纜線路的截面選用 （1）經濟最佳化的觀點：初始成本與電能損耗成本之和為最低。電纜導體截面的選擇，應當考慮電纜的全壽命周期成本（Total Life Cost,LCC),即不

19、僅要考慮電纜線路的初始成本，而且要同時考慮電纜的經濟壽命期間的電能損耗成本，應符合使兩項成本只和為最低的原則。 根據(jù)電纜絕緣和載流量確定的截面，實際上是最小允許導體截面。這一截面僅能減少初始投資，而沒有考慮電纜在經濟壽命期間的導體損耗費用。如果增大導體截面，線路損耗減少，而初始投資增加。但加大導體截面所增加的這部分初始投資，可以從長期運行期間降低的電纜損耗中得到補償，從而降低供電總成本，提高電力部門的經濟效益。 （2）采用導體經濟截面，運行溫度比絕緣允許溫度低得多，這樣可延長電纜線路的使用壽命，提高電纜供電的安全性。30 （3）IEC 287-3-21995電力電纜尺寸的經濟最佳化指出，通常電

20、纜運行溫度與環(huán)境溫度之差等于電纜允許最高溫度與環(huán)境溫度之差的1/3。如交聯(lián)聚乙烯電纜允許最高溫度為95，設環(huán)境溫度為24 ，則運行溫度應是1/3（90-24）+24=46 。滿足此運行溫度的電纜截面，即符合經濟最佳化原則。根據(jù)計算，一般導體經濟截面應比最高允許溫度所確定的溫度放大兩個檔次，如若按最高允許溫度所確定的截面積是120mm2,導體經濟截面積取85mm2。31二、電纜線路的巡視與維護 1、電纜線路的巡視檢查 為提高電纜線路的安全可靠性，運行人員對管轄范圍內的電纜線路按照現(xiàn)場運行規(guī)程的規(guī)定進行的經常性巡視檢查。電纜線路的巡視檢查由專人負責，并根據(jù)具體情況制定巡視檢查的項目和周期。穿越河道

21、、鐵路的電纜線路，以及安裝在桿塔上、橋梁上和水底的電纜，都容易受到外力損傷，對其巡視檢查周期相應縮短。 巡視檢查的內容如下 （1）對敷設在地下的電纜，應查看路面是否正常，路徑附近有無挖掘，查看路線標樁是否完整無缺等。電纜線路上不應堆放瓦礫、礦渣、建筑材料、笨重物件及酸堿性排泄物等。 （2）對于排管敷設的電纜，備用排管應該用專用工具疏通，檢查其有無斷裂現(xiàn)象。人井內電纜鉛包在排管口及掛鉤處不應有磨損現(xiàn)象，需檢查鉛封是否有失落。對于通過橋梁的電纜，應檢查橋墩兩端是否拖拉過緊，保護管或保護槽有無脫開或銹蝕現(xiàn)象。32（3）對于電纜溝、隧道內敷設的電纜，要檢查電纜位置是否正常，接頭有無變形，支架是否牢固或

22、銹蝕或電纜支架上滑落等現(xiàn)象，電纜溝蓋板是否完整，有無積水。隧道內的電纜、照明、排水等設施是否完整。特別要注意防火設施是否完善。（4）充油電纜不論投入運行與否，都要檢查油位是否正常，并注意與構件絕緣部分有無放電現(xiàn)象。（5）戶外與架空線相連的電纜終端頭引出線的接點有無發(fā)熱現(xiàn)象，靠近地面一段電纜是否被車輛碰撞等。（6）對于施工中挖出的電纜本體和電纜接頭，運行人員要設法加以保護，并在其附近設警告標志，提醒 施工人員注意和防止外人誤傷電纜。 （7）巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的缺陷，運行人員要立即向主管部門報告， 以變采取對策，及時處理并做好記錄。33 2、電纜線路的維護檢查 電纜線路運行維護著重要做好負荷監(jiān)視、電纜

23、金屬套腐蝕監(jiān)視和絕緣監(jiān)督3個方面工作，保持電纜設備始終在良好的狀態(tài)和防止電纜事故突發(fā)。主要項目包括：建立電纜線路技術資料，進行電纜線路巡視檢查、電纜預防性試驗，防止電纜外力破壞、分析電纜故障原因、電纜故障測尋和電纜修理等。電纜線路運行維護按電纜網絡的事故率和事故原因，根據(jù)不同地理環(huán)境進行，還需要增加特殊內容，如誘殺白蟻、人井水樣分析、樹枝切片檢查和帶電測量并監(jiān)視絕緣等。 （1）負荷監(jiān)視。 一般電纜線路根據(jù)電纜導體的截面積，絕緣種類等規(guī)定了電流最大值，利用各種儀器測量電纜線路的負荷電流或電纜的外皮溫度等，作為主要監(jiān)視措施，防止電纜絕緣超過允許最高溫度而縮短電纜壽命34 （2）溫度監(jiān)視。 測量電纜

24、的溫度，應在夏季或電纜最大負荷時進行。測量直埋電纜溫度時，應測量同地段無其它熱源的土壤溫度。電纜同地下熱力管交叉或接近敷設時，電纜周圍的土壤溫度，在任何情況下不應超過本地段其他地方同樣深度的土壤溫度10以上。檢查電纜的溫度，應檢查電纜排列最密處或散熱最差處或被外面熱源影響處。 （ 3）腐蝕監(jiān)視 以專用表測量臨近電纜線路的周圍土壤，如果屬于陽極區(qū)，則應采取相應措施，以防止電纜金屬套的電解腐蝕。電纜線路周圍濕潤的土壤或以生活垃圾顛覆的土壤，電纜金屬套常發(fā)生化學腐蝕和微生物敷設，根據(jù)測得陽極區(qū)的電壓值，選擇合適的陽極保護措施或排流裝置。 （4）絕緣監(jiān)督 對每條電纜線路按其重要性，編制預防性試驗計劃，及時發(fā)現(xiàn)電纜線路中的薄弱環(huán)節(jié)，消除可能發(fā)生電纜事故的缺陷。金屬套對地有要求的電纜線路，一般在預防性試驗后還需對外護層分別另作直流電壓試驗，以及時發(fā)現(xiàn)和消除外護層的缺陷。35 3、電纜線路外力破壞的防護 電纜線路遭外力 損壞的原因有機械挖掘、 人力挖傷、接地打樁、塌方或地沉，埋設過淺壓傷、車輛碰傷（對桿上電纜）、臨近水管爆炸、煤氣管漏氣后