论文部分内容阅读
摘要：文章通过笔者的工作实践和总结，着重就对110kV及以上高压电缆线路设计中需要注意的问题进行了分析，主要从外护套的选择、回流线的选择与布置、电缆接地方式的选择、电缆敷设方式的选择等方面进行了论述，以供设计人员参考借鉴。
关键词：110kV；高压电缆；敷设方式；接地方式
近年来，随着国家经济的日益发展，电力工程建设数量不断增多，110kV及以上高压电缆线路因其投资较高等原因，从而在电力工程中应用情况还不像中、低压电缆线路那么普遍。目前由于一些设计单位对110kV及以上高压电缆线路接触甚少，从而忽略了高压电缆线路设计的一些特殊性，造成工程建设中出现了一些不足和缺陷。因此，对高压110kV及以上电缆线路设计进行探讨与研究具有重要的意义。本文结合工程实例，就110kV及以上电缆线路设计问题进行探讨。
1 外护套的选择
对11OkV及以上高压电缆线路，外护套多采用聚氯乙烯（PVC，代号02）或聚乙烯（PE，代号 03）两种材料。PVC阻燃性较好、力学性能稍差；PE阻燃性较差、力学性能稍好，价格稍高但环保性能好。因此，在隧道环境中常选用02型，直埋、排管敷设常采用03型。
2 回流线的选择与布置
2.1 回流线的选择
根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）规定，11OkV及以上单芯电缆金属护层单点直接接地时，若系统短路导致电缆金属护层上产生的工频感应电压超过其绝缘耐受强度（或护层电压限制器的工频耐压）、或者需要抑制电缆邻近弱电线路的电气干扰强度时，一端接地的线路，都必须装设接地良好的回流线，并将其两端可靠接地。这样，发生单相接地短路故障时，短路电流可以通过回流线流回系统的中性点，特别是当接地故障发生在回流线的接地网时，接地电流的绝大部分将通过回流线。由于通过回流线的接地电流产生的磁通抵消一部分电缆导线接地电流所产生的磁通，因而装设回流线后既可降低短路故障时护套的感应电压又能防止在电缆线路附近的信号电缆中产生较大的感应电压。
另外，回流线的选择应使其截面满足最大暂态电流作用下的热稳定要求；同时，为了防止回流线在地中的化学腐蚀，一般要求回流线带有防腐层。
2.2回流线的布置
回流线的布置前述已提及应尽可能靠近电缆线路。
（1）电缆三相品字形布置。道理上，回流线三等分换位均布于A-B、B-C、C-A相间最好。但鉴于施工敷设不易，工程中建议用回流线在半长处换位一次，布置于电缆品字两肩上。
（2）长电缆线路交叉互联。对于较长的电缆线路，分为几个单元，每个单元内按3个尽可能均等的三段实现三相交叉互联，在线路两端金属护层均接地，则金属护层本身也起了回流线作用。金属护层不但有较低电阻，而且平均几何半径也有较大。在这种情况下，敷设回流线，就没有必要了。
（3）电缆线路进出发电厂或变电所时电缆线路任一终端设置在发电厂、变电所时，回流线应与电源中性线接地的接地网连通。这一点，往往会被忽视掉。
3 电缆金属护套接地方式的选择
3.1 一端接地方式
中压电缆一般采用三芯电缆，由于三相电缆的芯线在电缆中呈“三角形”对称布置，三相电流对称，金属外皮不会产生感应电流。高压单芯电缆则不同，其芯线与金属护套近似于一台变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆通过交流电流时，其周围产生的磁力线一部分将与金属护套铰链，在护套中产生感应电压。若把护套两点接地，则护套与导线将形成闭合回路，护套中将产生环行电流。电缆正常运行时，金属护套上的环行电流与芯线的负载电流基本上为同一数量级，即几乎是1：1的电流互感器，这时不仅将在金属护套上形成热能损耗，加速电缆绝缘层的老化而且还将使芯线的载流量降低，最大降幅可达40%。因此，根据《城市电力电缆线路设计技术规定》（DLT5221-2005）和 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）规定，这时可采用一端直接接地，另一端经护层电压限制器接地的方式对电缆进线接地。
3.2 交叉互联的接地方式
当线路较长，线芯电流较大，金属护套只在一端接地时的感应电压可以很高，甚至可达数百伏，这样会危及人身和设备的安全。在工程中通常是直通接头，将电缆的金属护套和绝缘屏蔽层分割成适当的单元，每个单元内按3个长度尽可能均匀地等为三个小段，用绝缘接头将相邻段电缆的金属护套或屏蔽层交叉连接，使每个金属护套或屏蔽层的连续回路依次包围三相导体的一段的一种特殊互联方式。绝缘接头和直通接头的唯一差别，即是绝缘接头使护套和外屏蔽层在电气上分段。
如果电缆的排列是对称的则由于各小段护套电压的相位差 120°，而幅值相等，因此两个接地点之间的电位差是零，这样就不可能产生循环电流了。这时线路上最高的护套电压即是在每一小段上的感应电压。
当电缆排列不对称时，虽然三个小段护套的长度相等，但是三相护套电压的向量和不为零。如果交叉互联后只有在一端接地，则另一端对地有一个很小的合成电压，护套内并无循环电流。当在两端均匀接地后，这个对地合成电压就在护套内产生循环电流。由于这个合成电压一般较小，同时循环电流必须通过接地极电阻、大地电阻，故循环电流值也较小，一般可以忽略不计。如欲计算其对护套电压的影响，则需求计算出护套内的循环电流，显然由于各相护套的阻抗相等，故每相的循环电流也相等。
5 敷设方式的选择
5.1电缆隧道
电缆隧道空间大，辅以完善的辅助设施，电缆敷设、运行维护方便，深受运行单位的喜爱，适合电缆回路数多且重要的情况是110kV及以上电缆输电线路敷设方式的首选。电力电缆隧道横截面通常采取圆形和矩形，圆形隧道空间利率较高。通过研究可以发现，导体正三角形排列、电缆线路垂直蛇形敷设（对于大截面电缆）能够有效利用电缆隧道内有限的空间资源、降低电缆金属护套感应电压以及减少电缆支架数量，可以有效降低高压电缆线路投资成本。
5.2 电缆沟
电缆沟占用地下空间小，投资省。因属于二级构筑物，不具备实施辅助设施及高度防水的条件（通风采光基本靠自然通风与采光、排水靠移动抽水，运行年久后，常出现沟盖板断裂破损不全、地面水溢人沟内等情况，常影响道路的美观、影响电缆绝缘变坏。
5.3 电缆排管
当投资与地下空间有限时，电缆排管敷设就成为了最佳选择。但此时需注意：
（1）如果把每段电缆敷设需要转弯（45度及以上角度）的次数定义为转弯率δ，那么当δ>3 时，就不适宜采用排管敷设。否则，会给施工带来较大困难，甚至造成电缆损伤。
某工程11OkV 电缆通道转弯率δ=5，原设计采用电缆沟，后为节省投资改为了排管；排管施工单位为避让树木，在排管施工中未控制好排管转弯角度；排管建成后，未进行通道清理就开始敷设电缆；施工方法主要采用电缆牵引机敷设，也没有采用足够的电缆保护措施（如加电缆外护套保护用具喇叭口等），从而造成整段电缆刮伤、磨伤，不得不废弃，重新生产电缆，耽误了工期，增加了投资。
（2）对于长电缆线路因电缆需采取交叉互联接地方式，根据前述，需统筹规划接头井位置。因此，当电气设计不明确时（如随市政道路建设提前预建设电缆通道），就不太适宜采用电缆排管。
（3）排管纵向排水坡度不宜小于0.2%，管路纵向连接处的弯曲度应符合牵引电缆时不致损伤的要求，管孔端口应采取防止损伤电缆的处理措施。
6 结论
总之，110kV及以上高压电缆线路采用单芯电缆因金属护套存在感应电压问题，所以设计中应引起注重，同时采取各种各样的措施，如正确选择回流线及布置方式、电缆接地方式、电缆敷设方式等，尽可能降低感应电压，提升线路输送能力，保证高压电缆线路安全和稳定运行。
参考文献：
[1]《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）
[2]《城市电力电缆线路设计技术规定》（DLT5221-2005）
关键词：110kV；高压电缆；敷设方式；接地方式
近年来，随着国家经济的日益发展，电力工程建设数量不断增多，110kV及以上高压电缆线路因其投资较高等原因，从而在电力工程中应用情况还不像中、低压电缆线路那么普遍。目前由于一些设计单位对110kV及以上高压电缆线路接触甚少，从而忽略了高压电缆线路设计的一些特殊性，造成工程建设中出现了一些不足和缺陷。因此，对高压110kV及以上电缆线路设计进行探讨与研究具有重要的意义。本文结合工程实例，就110kV及以上电缆线路设计问题进行探讨。
1 外护套的选择
对11OkV及以上高压电缆线路，外护套多采用聚氯乙烯（PVC，代号02）或聚乙烯（PE，代号 03）两种材料。PVC阻燃性较好、力学性能稍差；PE阻燃性较差、力学性能稍好，价格稍高但环保性能好。因此，在隧道环境中常选用02型，直埋、排管敷设常采用03型。
2 回流线的选择与布置
2.1 回流线的选择
根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）规定，11OkV及以上单芯电缆金属护层单点直接接地时，若系统短路导致电缆金属护层上产生的工频感应电压超过其绝缘耐受强度（或护层电压限制器的工频耐压）、或者需要抑制电缆邻近弱电线路的电气干扰强度时，一端接地的线路，都必须装设接地良好的回流线，并将其两端可靠接地。这样，发生单相接地短路故障时，短路电流可以通过回流线流回系统的中性点，特别是当接地故障发生在回流线的接地网时，接地电流的绝大部分将通过回流线。由于通过回流线的接地电流产生的磁通抵消一部分电缆导线接地电流所产生的磁通，因而装设回流线后既可降低短路故障时护套的感应电压又能防止在电缆线路附近的信号电缆中产生较大的感应电压。
另外，回流线的选择应使其截面满足最大暂态电流作用下的热稳定要求；同时，为了防止回流线在地中的化学腐蚀，一般要求回流线带有防腐层。
2.2回流线的布置
回流线的布置前述已提及应尽可能靠近电缆线路。
（1）电缆三相品字形布置。道理上，回流线三等分换位均布于A-B、B-C、C-A相间最好。但鉴于施工敷设不易，工程中建议用回流线在半长处换位一次，布置于电缆品字两肩上。
（2）长电缆线路交叉互联。对于较长的电缆线路，分为几个单元，每个单元内按3个尽可能均等的三段实现三相交叉互联，在线路两端金属护层均接地，则金属护层本身也起了回流线作用。金属护层不但有较低电阻，而且平均几何半径也有较大。在这种情况下，敷设回流线，就没有必要了。
（3）电缆线路进出发电厂或变电所时电缆线路任一终端设置在发电厂、变电所时，回流线应与电源中性线接地的接地网连通。这一点，往往会被忽视掉。
3 电缆金属护套接地方式的选择
3.1 一端接地方式
中压电缆一般采用三芯电缆，由于三相电缆的芯线在电缆中呈“三角形”对称布置，三相电流对称，金属外皮不会产生感应电流。高压单芯电缆则不同，其芯线与金属护套近似于一台变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆通过交流电流时，其周围产生的磁力线一部分将与金属护套铰链，在护套中产生感应电压。若把护套两点接地，则护套与导线将形成闭合回路，护套中将产生环行电流。电缆正常运行时，金属护套上的环行电流与芯线的负载电流基本上为同一数量级，即几乎是1：1的电流互感器，这时不仅将在金属护套上形成热能损耗，加速电缆绝缘层的老化而且还将使芯线的载流量降低，最大降幅可达40%。因此，根据《城市电力电缆线路设计技术规定》（DLT5221-2005）和 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）规定，这时可采用一端直接接地，另一端经护层电压限制器接地的方式对电缆进线接地。
3.2 交叉互联的接地方式
当线路较长，线芯电流较大，金属护套只在一端接地时的感应电压可以很高，甚至可达数百伏，这样会危及人身和设备的安全。在工程中通常是直通接头，将电缆的金属护套和绝缘屏蔽层分割成适当的单元，每个单元内按3个长度尽可能均匀地等为三个小段，用绝缘接头将相邻段电缆的金属护套或屏蔽层交叉连接，使每个金属护套或屏蔽层的连续回路依次包围三相导体的一段的一种特殊互联方式。绝缘接头和直通接头的唯一差别，即是绝缘接头使护套和外屏蔽层在电气上分段。
如果电缆的排列是对称的则由于各小段护套电压的相位差 120°，而幅值相等，因此两个接地点之间的电位差是零，这样就不可能产生循环电流了。这时线路上最高的护套电压即是在每一小段上的感应电压。
当电缆排列不对称时，虽然三个小段护套的长度相等，但是三相护套电压的向量和不为零。如果交叉互联后只有在一端接地，则另一端对地有一个很小的合成电压，护套内并无循环电流。当在两端均匀接地后，这个对地合成电压就在护套内产生循环电流。由于这个合成电压一般较小，同时循环电流必须通过接地极电阻、大地电阻，故循环电流值也较小，一般可以忽略不计。如欲计算其对护套电压的影响，则需求计算出护套内的循环电流，显然由于各相护套的阻抗相等，故每相的循环电流也相等。
5 敷设方式的选择
5.1电缆隧道
电缆隧道空间大，辅以完善的辅助设施，电缆敷设、运行维护方便，深受运行单位的喜爱，适合电缆回路数多且重要的情况是110kV及以上电缆输电线路敷设方式的首选。电力电缆隧道横截面通常采取圆形和矩形，圆形隧道空间利率较高。通过研究可以发现，导体正三角形排列、电缆线路垂直蛇形敷设（对于大截面电缆）能够有效利用电缆隧道内有限的空间资源、降低电缆金属护套感应电压以及减少电缆支架数量，可以有效降低高压电缆线路投资成本。
5.2 电缆沟
电缆沟占用地下空间小，投资省。因属于二级构筑物，不具备实施辅助设施及高度防水的条件（通风采光基本靠自然通风与采光、排水靠移动抽水，运行年久后，常出现沟盖板断裂破损不全、地面水溢人沟内等情况，常影响道路的美观、影响电缆绝缘变坏。
5.3 电缆排管
当投资与地下空间有限时，电缆排管敷设就成为了最佳选择。但此时需注意：
（1）如果把每段电缆敷设需要转弯（45度及以上角度）的次数定义为转弯率δ，那么当δ>3 时，就不适宜采用排管敷设。否则，会给施工带来较大困难，甚至造成电缆损伤。
某工程11OkV 电缆通道转弯率δ=5，原设计采用电缆沟，后为节省投资改为了排管；排管施工单位为避让树木，在排管施工中未控制好排管转弯角度；排管建成后，未进行通道清理就开始敷设电缆；施工方法主要采用电缆牵引机敷设，也没有采用足够的电缆保护措施（如加电缆外护套保护用具喇叭口等），从而造成整段电缆刮伤、磨伤，不得不废弃，重新生产电缆，耽误了工期，增加了投资。
（2）对于长电缆线路因电缆需采取交叉互联接地方式，根据前述，需统筹规划接头井位置。因此，当电气设计不明确时（如随市政道路建设提前预建设电缆通道），就不太适宜采用电缆排管。
（3）排管纵向排水坡度不宜小于0.2%，管路纵向连接处的弯曲度应符合牵引电缆时不致损伤的要求，管孔端口应采取防止损伤电缆的处理措施。
6 结论
总之，110kV及以上高压电缆线路采用单芯电缆因金属护套存在感应电压问题，所以设计中应引起注重，同时采取各种各样的措施，如正确选择回流线及布置方式、电缆接地方式、电缆敷设方式等，尽可能降低感应电压，提升线路输送能力，保证高压电缆线路安全和稳定运行。
参考文献：
[1]《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）
[2]《城市电力电缆线路设计技术规定》（DLT5221-2005）