110kV城市電網電纜設計探討

朱健華

（四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 641300）

1.電纜選擇

近年來，交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電力電纜（以下簡稱XLPE絕緣電纜）在電力系統得到了廣泛的使用。由于交聯電纜的難燃性，其PVC的外護套本身也是阻燃的，而且低毒低煙性的阻燃交聯聚乙烯電纜已有很成熟的技術和廣泛應用的經驗。就目前國內外的電纜設計和實際敷設情況來看，隧道選用阻燃PVC套的交聯聚乙烯電纜，都不用再考慮其他特別的防火措施。

2.電纜護套的選擇

電纜的外護層，應符合下列要求：

1）交流單相回路的電力電纜，不得有未經非磁性處理的金屬帶、鋼絲鎧裝。

2）在潮濕、含化學腐蝕環境或易受水浸泡的電纜，金屬套、加強層、鎧裝上應有擠塑外套，水中電纜的粗綱絲鎧裝尚應有纖維外被。

3）除低溫-20度以下環境或藥用化學液體浸泡場所，以及有低毒難燃性要求的電纜擠塑外套宜用聚乙烯外，可用聚氯乙烯外套。

4）用在有水或或化學液體浸泡場所的6～35kV重要性或35kV以上交聯聚乙烯電纜，應具有符合使用要求的金屬塑料復合阻水層、鉛套、鋁套或膨脹式阻水帶等防水構造。

敷設于水下的中、高壓交聯聚乙烯電纜還宜具有縱向阻水構造。

3.電纜外護層的選擇

電纜的外護層主要有PE護層及PVC護層兩種。PE護層的機械性能及電氣性能均好于PVC護層，方便施工安裝，但不具有阻燃性能，主要適用于直埋和穿管敷設。PVC護層則具有阻燃性能，比較適于明敷于隧道中。

為方便電纜的維護及試驗，外護層外應有一層外電極。外電極可以隨外護套一起擠出，但大部分的電纜生產廠家都采用在外護套上涂一層石墨的辦法。為了讓石墨層在施工及運行中有脫落時能及時發現，最好選用紅色的外護層或與石墨的顏色有鮮明反差的顏色的外護層。

4.電纜附件的選擇

1）戶內終端在室內條件下使用，不受大氣影響。目前用于XLPE絕緣電纜的戶內終端形式多樣，體積較小，例如80年代后期國內使用的預制件、熱縮件、冷縮件、接插式附件等。接插式附件終端可以在無電壓、有電壓無電流、有電壓有負荷等幾種狀態下接插，給運行檢修帶來很大方便。

2）戶外終端相對環境比較差，附件要承受日曬、雨淋、氣溫變化、工業污穢等條件且要能保證運行良好。

3）接頭有絕緣接頭和直通接頭之分。

4）35kV以上電壓電纜金屬護層的不直接接地端，每相均應通過護層絕緣保護器接地。保護器的三相接線方式，一般情況宜采取Y0接線。

5）護層絕緣保護的選擇，應滿足在使用環境條件下可靠、耐久、監視維護方便和利于安裝。

6）35kV以上電壓電纜的金屬護層一端互聯直接接地情況下，當可能

出現的工頻或沖擊感應電壓超過護層絕緣耐受強度，或需抑制對鄰近的控制或通訊電纜的感應干擾強度時，可沿線路并行配置回流線或均壓線；對在隧道、溝內敷設電纜的方式，這時應充分考慮沿支架設置接地干線的作用。

7）回流線的阻抗及其兩端接地電阻，宜按與系統內最大零序電流和回流線上感應電壓相匹配計。均壓線的自然接地電阻，宜大于均壓線自身阻抗的30倍。回流線或均壓線的排列配置方式，宜使在正常工作電流時產生的損耗最小。

5.電纜的敷設

對于各種敷設現場（如隧道、直埋、溝道、水下等）應了解敷設總長度、各轉變點位置、工井位置、上下坡度以及地下管線位置特性等因素。在檢查電纜線路總長度時，應首先檢查線路上有無預留位置，俗稱Ω圈。這種為今后電纜檢修所留的電纜余量，按照規定應在終端、接頭、過馬路穿管，過建筑物等處。同時為了使電纜運行可靠，應盡量減少電纜接頭。對高壓電纜（35kV及以上電壓等級電纜）可采用假接頭形式完成交叉互聯，這樣可以不破壞導體的連接性，提高電纜輸電能力。電纜盤旋轉最好選在轉變處、接頭處、上下坡起始點，對于66kV及110kV電纜的敷設應考慮牽引機具的放置位置。其次，要測量各轉變處電纜的彎曲半徑是否合乎要求。

電纜中間接頭處應作防水處理，因為XLPE絕緣電纜的接頭，不論附加密封多么良好，總低于原電纜護套，特別是中低壓電纜，由于沒有金屬護套，密封處一旦進水，將使絕緣部分直接暴露于水中。高壓電纜接頭雖有金屬護套，但金屬護套的連接處仍然存在弱點。因此接頭位置最好在電纜溝道、直埋處增加防水措施。例如直埋，可在接頭位置修建一水泥槽，在處作密封處理后，再填砂蓋板，然后直埋。同時接頭應高于周圍電纜，防止電纜內原已進入的水向接頭遷移。

6.電纜金屬護套的連接與接地的方式

6.1.護套兩端接地

66kV及以上電壓等級XLPE絕緣單芯電纜金屬護套上的感應電壓與電纜的長度和負荷電流成。當電纜線路很短，傳輸功率很小時，護套上的感應極小。護套兩端接地形成通路后，護層中的環流很小，造成的損耗不顯著，對電纜的載流量影響不大。當電纜線路很短，利用小時數較低，且傳輸容量有較大裕度時，電纜線路可以采用護套兩端接地。

6.2.護套一端接地

當電纜線路長度在500m及以下時，電纜護套可以采用一端直接接地便。（通常在終端頭位置接地），另一端經保護器接地，護套其它部位對地絕緣，這樣護套沒有構成回路，可以減少及消除護套上的環行電流，提高電纜的輸送容量。為了保障人身安全，非直接接地一端護套中的感應電壓不應超過50V，假如電纜終端頭處的金屬護套用玻璃纖維絕緣材料覆蓋起來，該電壓可以提高到100V。護套一端接地的電纜線路，還必須安裝一條沿電纜線路平行敷設的導體，導體的兩端接地，這種導體稱為回流線。為了避免正常運行時回流線內出現環行電流，敷設導體時應使它與中間一相電纜的距離為0.7s（s為相鄰電纜軸間距離），并在電纜線路的1/2處換位。當發生單相接地短路故障時，接地短路電流可以通過回流線流回系統的中性點，特別是當接地故障發生在回流線的接地網中時，接地電流的絕大部分通過回流線。由于通過回流線的接地電流產生的磁通抵消了一部分電纜導體接地電流所產生的磁通（兩者電流方向相反），因而裝設回流線后可降低短路故障時護套的感應電壓，同時也防止了電纜線路附近的二次信號和通信用的電纜產生很大的感應電壓。回泫線的兩端應可靠接地，截面積應滿足短路電流熱穩定的要求。

6.3.護套中點接地

電纜線路采用一端接地感到太長時，可以采用護套中點接地的方式。這種方式是在電纜線路的中間將金屬擴套接地，電纜兩端均對地絕緣，并分別裝設一組保護器。每一個電纜端頭的護套電壓可以允許50V，因此中點接地的電纜線路可以看做一端接地線路長度的兩倍。

當電纜線路長度為兩盤電纜，不適合中點接地時，可以采用護套斷開的方式。電纜線路的中部（斷開處）裝設一個絕緣接頭，接頭的套管中間用絕緣片隔開，使電纜兩端的金屬護套在軸向絕緣。為了保護電纜護套絕緣和絕緣片在沖擊過電壓時不被擊穿，在接頭絕緣片兩側各裝設一組保護器，電纜線路的兩端分別接地。護套斷開的電纜線路也可以看做一端接地線路長度的兩倍。如果絕緣接頭處的金屬套管用絕緣材料覆蓋起來，護套上的限制電壓通常為100V，則電纜線路的長度可以增加很多。

6.4.護套交叉互聯

6.4.1.護套交叉互聯方法

電纜線路很長的（大約大于1000m時以上時），可以采用護套交叉聯，將電纜線路分成若干大段，每一大段分成長度相等的3小段，每小段之間裝設絕緣接頭，絕緣接頭處護套三相之間用同軸引線經接線盒進線換位連接，絕緣接頭處裝設一級保護器，每一大段的兩端護套分別互聯接地。

6.4.2.護套交叉互聯的作用

1）感應電壓低，環流小：如果電纜線路的三相排列是對稱的，由由于各段護套電壓的相位差為120°，而幅值相等，因此兩個接地點之間的電位差是零，這樣的護套上就不可能產生環行電流，這時線路上最高的護套電壓即是按每一小段長度而定的感應電壓，可以限制在50V以內。當三相電纜排列不對稱，如水平排列時，中相感應電壓較邊相低，雖然三個小段護套的長度相等，三相護套電壓的向量和有一個很小的合成電壓，經兩端接地在護套內形成環流，但接地極和大地有一定的電阻，故電流很小。

2）交叉互聯的電纜線路可以不裝設回流線：電纜線路交叉互聯，每一大段兩端接地，當線路發生單相接地短路時，接地電流不通過大地，此的護套也相當于回流線，因此交叉互聯的電纜線路不必再裝設回流線。

3）電纜換位金屬護套交叉互聯：將電纜線路分段，護套交叉互聯，同時再將三相電纜連續地進行換位，這樣不但對稱排列的三相電纜護套電位向量和為零，就是在不對稱的水平排列三相電纜中，由于電纜每小段進行了換位，每大段全換位，三相電纜護套感應電壓相差很小，相位差120°，其向量和很小，產生的環行電流也幾乎為零。因此電纜換位、金屬護套交叉互聯較單獨的護套交叉互聯效果更好，但此種連接方法只適合于電纜比較容易換位的場所，如隧道等。

7.結語

110KV電力電纜的設計應結合實際情況進行，在具體工程設計中應重點考慮電纜走徑，敷設深度，腐蝕及熱穩定校驗等方面。在保證線路安全互要求的條件下，應綜合考慮各種因素，合理地設計，以便于線路的安全運行和施工，降低工程造價。

[1]DL/T5221-2005，城市電力電纜線路設計技術規定[S].

[2]GB50217-94，電力工程電纜設計規范[S].