高壓電纜線路設(shè)計

高壓電纜線路設(shè)計摘要：社會在不斷地進步，經(jīng)濟也在飛速地發(fā)展，而目前交流輸電電壓呈現(xiàn)出飽和的趨勢，輸電技術(shù)也得到了改革和發(fā)展。輸電技術(shù)突破了傳統(tǒng)提高輸電電壓等級而是轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣唠娏?yīng)。輸電線路在這個范圍內(nèi)起著主導(dǎo)作用，它是電網(wǎng)運行的命脈，也是關(guān)乎國計民生的生命線，解決了電能輸送問題和電能優(yōu)化陪著的問題，但是在能源輸送過程中卻有著十分脆弱的一面，容易受到外力的破壞和影響，一旦出現(xiàn)這種傾向，必然會造成十分嚴重的影響，使得局部區(qū)域大面積停電，甚至瓦解電網(wǎng)，這為社會的發(fā)展和人們的生活帶來了不利的影響。關(guān)鍵詞：高壓；電纜；線路；設(shè)計前言目前，在世界各國經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略中，已經(jīng)把電力工業(yè)納入各國發(fā)展的重點產(chǎn)業(yè)。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力工業(yè)對社會經(jīng)濟和人類生活的作用也愈發(fā)重要，它不僅對于社會的穩(wěn)定以及經(jīng)濟的發(fā)展有著及其重要的作用，同時對于人們的生活有著極大的影響。因此，我們能夠看出，電能作為一種能源對整個社會和人類的重要性。隨著我國社會的不斷進步和經(jīng)濟水平的提高，我國的電力工業(yè)也有著新的發(fā)展要求，我國的電力工業(yè)已被納入了世界先進水平行列，在電力技術(shù)和管理層面都得到了迅速發(fā)展。在目前國民經(jīng)濟發(fā)展的態(tài)勢下，能夠合理開發(fā)利用我國動力資源，能夠用較少的成本滿足社會和人類生活的需求，這也是我國電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計及運行的根本任務(wù)和目標。因此，我們應(yīng)該不斷學習電力專業(yè)理論知識，不斷適應(yīng)目前電力行業(yè)的發(fā)展以及人類社會對電力供應(yīng)的需求，完成輸電線路設(shè)計提出的新要求。一、電纜分段及護層的接地方式（一）電纜選型概述按照系統(tǒng)所要求的輸送容量選擇電纜的截面面積，從而計算出電纜的最大載流量，這是電纜選型最重要的任務(wù)。有很多因素制約著電纜的輸送容量和安全運行，因此，應(yīng)該全面分析和考慮在電纜選型設(shè)計時系統(tǒng)、設(shè)備以及環(huán)境等方面的問題，能夠最大程度地保證其安全性和經(jīng)濟性。通過計算能夠看出，電纜運行的最大臨界數(shù)值也就是電纜最大載流量數(shù)值，因此我們能夠得出，如果電纜在此電流數(shù)值條件下運行，那么它也就表明自身的載流能力處于最大值，一旦環(huán)境和系統(tǒng)發(fā)生一些變化，就會造成超負荷運行的現(xiàn)象。所以我們應(yīng)該重視這一方面的問題，能夠保證載流量保留一定的量度，能夠在一些突發(fā)的變化發(fā)生時有一定的自衛(wèi)能力，這對于電纜的安全、穩(wěn)定運行是十分必要的，能夠有效防范一些突發(fā)的危險現(xiàn)象而造成的巨大損失和危害。在這個過程中我們常常會選擇一些電纜絕緣材料，但是我們應(yīng)該意識到這些絕緣材料對于溫度的承受能力也是有限度的，一旦超出這個限度，那么就會發(fā)生一些事故。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，我們在實際選擇電纜導(dǎo)體截面規(guī)格時，應(yīng)該選取正常運行條件下電纜導(dǎo)體運行溫度的安全限值，能夠最大化的避免由于超溫造成的絕緣材料老化、溶解，甚至是短路事故。通過研究表明，通常情況下，電纜導(dǎo)體長期運行的最高溫度為90℃,短路時(最長持續(xù)時間不超過5s)電纜導(dǎo)體的最高溫度為250℃。（二）電纜護套感應(yīng)電壓的產(chǎn)生在電纜導(dǎo)線通過交流電流的過程中，電纜導(dǎo)線周圍的一部分磁力會與屏蔽層發(fā)生鉸鏈，從而使屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓。電纜線路的長度和流過導(dǎo)線的電流越大，感應(yīng)電壓就會越大，所以當電纜足夠長時，整體產(chǎn)生的感應(yīng)電壓就會危害人們的生命安全；如果線路出現(xiàn)了短路或遭受操作過電壓或雷電過電壓時，那么其屏蔽層上的感應(yīng)電壓值會達到極限，絕緣護套會被擊破。如果形成了閉合通路，那么在這個過程中會產(chǎn)生環(huán)形電流，因此會造成巨大的環(huán)流損失，出現(xiàn)電纜發(fā)熱的情緒，使電纜的使用壽命在很大程度上減少，在一定程度上損害了電纜的使用，這對于電纜的作用的發(fā)揮是非常不利的。（三）感應(yīng)電壓的限制措施因此，我們應(yīng)該采取有效的措施來限制感應(yīng)電壓，能夠較小甚至消除由于電壓過高而對電纜運行造成的危害，所以我們應(yīng)該確保電纜護套對地有良好的絕緣作用，保證電纜屏蔽能夠合理的接地，同時在安裝過程中，在經(jīng)濟合理的條件下，應(yīng)按照線路的不同采取相應(yīng)的連接和接地方式以及裝置護層絕緣保護器等，從而能夠有效避免電纜護層遭到破壞。（四）電纜線路的防雷與接地1、防雷在電纜線路防雷層面，應(yīng)該注意采用氧化鋅避雷器防護由架空線侵入的雷電過電壓，應(yīng)該使用護層絕緣保護器來保護電纜外化層。220kV氧化鋅避雷器型號：Y10W200/496W，爬距不小于7040mm，適用環(huán)境與戶外電纜終端頭相同，同時應(yīng)附帶放電計數(shù)器和泄漏電流監(jiān)視器。為了保證意外事故的發(fā)生，應(yīng)該在電纜金屬護套不直接接地端裝設(shè)外護層絕緣保護器，當金屬護層上的感應(yīng)電壓接近電纜外護層的絕緣水平時，能夠有效發(fā)揮保護器的作用。2、接地在電纜線路接地層面，應(yīng)該采用金屬護套交叉互聯(lián)或單點接地系統(tǒng)。在這個過程中沿線電纜溝道兩側(cè)均布置角鋼接地，角鋼用遇水膨脹橡膠條(緩脹型)包一圈，并熱鍍鋅以避免被腐蝕。（五）電纜線路工程設(shè)計簡介對于電纜線路工程的設(shè)計，主要是在電力基本建設(shè)項目施工前對基建工程進行的全面規(guī)劃與設(shè)計，也就是說按照批準的設(shè)計任務(wù)書，在勘測工作的條件下，依據(jù)技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟合理性原則對基本的建設(shè)工程作出全面的思考和計算，從而做出的文件或紙質(zhì)設(shè)計。電力系統(tǒng)組成的一個相當重要的環(huán)節(jié)就是電纜線路，它把我這輸送電能的命脈，它的安全、穩(wěn)定運行對于整個電力系統(tǒng)以及電網(wǎng)的安全和使用都有著極其重要的影響。電纜線路工程設(shè)計主要有以下幾方面：（1）根據(jù)電纜線路所在區(qū)域的電網(wǎng)規(guī)劃狀況來說明該地區(qū)的電網(wǎng)現(xiàn)狀和電路工程建設(shè)，能夠?qū)υ摼€路工程的電力系統(tǒng)方案以及其他線路的規(guī)劃作出必要的簡述說明，最后能夠?qū)﹄娎|線路的建設(shè)過程作出論述，并要簡單介紹本次工程設(shè)計的內(nèi)容和范圍。（2）線路路徑選擇及電纜選型a)能夠詳細介紹此次方案的沿線地形、地質(zhì)、水文、林區(qū)、主要河流、鐵路、地鐵、二級以上公路、城鎮(zhèn)規(guī)劃、環(huán)境特點、特殊障礙物情況，并對各方案進行對比，選擇初最佳方案。b)根據(jù)系統(tǒng)要求的輸送容量、系統(tǒng)最大短路電流時熱穩(wěn)定要求、工程特點、敷設(shè)環(huán)境和以往工程運行經(jīng)驗確定電纜截面和型號。（3）電纜系統(tǒng)設(shè)計a)根據(jù)電壓等級、電纜絕緣類型、安置環(huán)境、污穢等級、作業(yè)條件、工程所需可靠性和經(jīng)濟性等要求說明電纜附件的型號規(guī)格，包括終端頭、中間接頭、交叉互聯(lián)箱、接地箱、交叉互聯(lián)電纜、接地電纜、護層保護器等。b)根據(jù)系統(tǒng)短路容量、電纜芯數(shù)、電纜長度和電纜正常運行情況下的線芯電流，說明電纜線路接地布置及其分段長度，并根據(jù)電纜通道空間、接頭井分布、電纜分段情況說明電纜接頭的排列布置方案。c)根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃、電纜進出線情況確定電纜終端站和終端塔的規(guī)模、布置方案及選型。（4）線路典型路段布置按照政府對于管線規(guī)劃的要求以及現(xiàn)場的各種實際情況，能夠?qū)﹄娎|線路經(jīng)過的地段以及處理方案有所掌握。（5）環(huán)保及節(jié)能分析能夠?qū)﹄娎|線路的環(huán)境影響做出詳細的說明，同時能夠針對此次方案提供一些好的措施。二、回流線的選擇與布置要求（一）回流線的選擇我們可以按照《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)要求來做出相應(yīng)的選擇，為防止電纜線路附近信號電纜產(chǎn)生巨大的感應(yīng)電壓，為降低短路時護套的感應(yīng)電壓，應(yīng)該在110kV及以上單芯電纜金屬護層單點直接接地時，應(yīng)該保證互聯(lián)及接地的那一端線路是否裝置有優(yōu)質(zhì)的回流線。裝置回流線的有點就是能夠短路事故中造成的電流回流至中性點的問題。一旦回流線的接地網(wǎng)在接地的過程中出現(xiàn)問題，其本身在接地過程中會承載大部分接地電流。在這個過程中干回流線的接地電流和部分電纜導(dǎo)線接地電流的方向相反，因此在這個過程中二者產(chǎn)生的磁通有一部分會相互抵消，回流線的作用就會發(fā)揮出來，如圖2-1所示。圖2-1回流線分流示意圖我們從圖2-1能夠看出，有兩種方案能夠使回流線分流，第一是降低接地電阻，第二是降低以大地為回路的自成阻抗，并適當?shù)厥笰相導(dǎo)線和回流線路各以大地為回路的互感阻抗大些。因此，我們在進行線路設(shè)計時，必須確?；亓骶€最大程度的靠近電纜線路。（二）回流線的布置要求對于回流線的布置，我們有以下三個方式。（1）電纜三相水平排列:它主要是為有效預(yù)防運行過程中造成的不必要的環(huán)流損失，此時可以采取這種方式，如圖2-2所示。圖2-2回流線布置示意圖電纜三相品字形布置:這種方案是為了使敷設(shè)過程更加方便快捷，因此可以將回流線布置于干電纜品字兩肩，每隔lm長處換位一次。盡管把回流線三等份換位干A-B、B-C、C-A相間，在理論層次這種方案最佳，但是喲與敷設(shè)比較困難，因此這種方案不宜使用。長電纜線路交叉互聯(lián):在電纜線路很長的情況下，我們可以將其分為幾個單元，并將每個單元分為三段，最后進行三相交叉互聯(lián)?？紤]到電纜兩端可能出現(xiàn)接地的狀況，因此在這種方案中，我們不用敷設(shè)回流線。三、一端接地的接地方式時，直接接地端的選擇（一）關(guān)于電纜的接地對于中壓電纜，我們常常采用三芯電纜，三芯電纜的芯線主要成三角分布，因此電流就會對稱分布，金屬外皮將不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。對于高壓單芯電纜，它的芯線和變壓器的初級繞組相似，金屬護套同次級繞組相似，因此在電流經(jīng)過電纜的過程中，會產(chǎn)生一系列的物理變化和作用，因此這個過程中護套會產(chǎn)生一些感應(yīng)電壓。如果護套兩點接地，那么導(dǎo)線就會和護套之間形成閉合回路，在護套中會產(chǎn)生環(huán)形電流，由于環(huán)形電流的數(shù)量級同芯線負載電流相同，因此芯線的載流量就會降低，這樣會使電纜絕緣層發(fā)生老化現(xiàn)象，也會造成電力損失。因此，應(yīng)該將電纜應(yīng)該一端直接接地，而另外一端經(jīng)過護層電壓限制器接地。（二）直接接地端的選擇選擇全部使用電纜敷設(shè)線路，那么接地點會選擇線路終端，即直接接地的方式。選擇將電纜一端同架空線相連，那么對于護套的接地點應(yīng)該同架空線一端相連，此種方式能夠降低護套上的沖擊電壓。選擇電纜兩端同架空線相連，那么應(yīng)該將護層電壓限制器安置在不容易被雷擊的那一端，并將護套的接地點接在另一端。四、實施絕緣分割交叉互聯(lián)接地當線路比較長時，就不應(yīng)該將金屬護套一端接地，主要是由于芯線電流較高容易使金屬護套產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，會在很大程度上影響設(shè)備的使用，并會發(fā)生一些安全事故。因此，如果是電纜的線路比較長，那么我們可以將絕緣屏蔽層和金屬護套分成若干單元，并使屏蔽層和金屬護套形成交叉連接，使得整體形成連續(xù)回路。在這個過程中，我們應(yīng)該選擇絕緣街頭為最佳，能夠保證絕緣接地順利地進行，且不會產(chǎn)生一些損失和安全隱患等狀況。我們在線路設(shè)計時，要想降低感應(yīng)電流，那么應(yīng)當確保電纜對稱排列。其主要原因是由于小段護套電壓相差1200，且兩個接地點電位相同，無電位差，因此就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使用這種方法能夠有效使得金屬套上的感應(yīng)電壓有所降低，一般來說，金屬套上會產(chǎn)生最大的感應(yīng)電壓。如果電纜出現(xiàn)不對稱排列的狀況，那么不管三個小段呼他的長度情況，因為它們不可能出現(xiàn)電壓的向量和為零的現(xiàn)象；如果電纜的兩端均勻接地，那么護套內(nèi)就會在對地合成電壓的條件下產(chǎn)生循環(huán)電流現(xiàn)象，但是循環(huán)電流需要通過大地電阻或接地極電阻，它本身的電流也比較弱，因此我們可以忽略這些；如果通過交叉互聯(lián)之后使得一段與地相接，那么它的另外一端就會產(chǎn)生小的合成電壓，但是護套內(nèi)并不會產(chǎn)生循環(huán)電流，因此需要知道知道任何一相循環(huán)電流，就能夠知道各相循環(huán)電流，這主要是由于各相護套的阻抗是相同的，因此各相的循環(huán)電流也自然一樣。它的公式為循環(huán)電流后護套電壓=循環(huán)電流形成的壓降+每小段護套上的感應(yīng)電壓。結(jié)論總而言之，要想保證高壓電纜線路安全、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)投產(chǎn)零缺陷，那么應(yīng)該在進行線路設(shè)計時，高度重視降低金屬護套內(nèi)的感應(yīng)電壓。要能夠深刻地認識到110kV及以上高壓電纜線路與普通中低壓電纜線路在設(shè)計上的不同點，110kV及以上高壓電纜線路由于采用單芯電纜，金屬護套會形成感應(yīng)電壓，因此在很大程度上不利于提升線路輸電能力。參考文獻[1]李久程.關(guān)于110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計的幾個問題[A].云南電網(wǎng)公司、云南省電機工程學會.2012年云南電力技術(shù)論壇論文集（文摘部分）[C].云南電網(wǎng)公司、云南省電機工程學會:,2012:1.[2]岳宗坤.110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計[J].農(nóng)村電氣化,2015,02:12-13.[3]李久程.110kV及以上高壓電纜線路的設(shè)計[J].云南電力技術(shù),2013,S1:49-52.[4]杜伯學,李忠磊,張鍇,王立.220kV交聯(lián)