關于高壓電力電纜設計技術的研究

摘要：高壓電力電纜的設計是電力設計中一個關鍵部分，只有將電纜的設計技術研究透徹，才能使電力事業擁有更好的發展。就高壓電力電纜的設計技術進行了研究，總結出了一些關鍵因素，以期為完善相關工作提供一些參考。

關鍵詞：高壓；電纜設計；接地方式；技術研究

作者簡介：阮勇（1981-），男，安徽合肥人，中國能源建設集團安徽省電力設計院，工程師。（安徽 合肥 230601）

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）33-0235-02

某新建撮鎮變至冷板變電纜線路所經地區地下管網密集，該路段為市區繁華地段，含原有水管、高壓電纜、有線電視管線、通訊管線、煤氣管等等。為了更好地設計出電力電纜，在設計過程中就需要根據實際情況，結合運行維護、投資以及施工等，設計出一套科學合理的方案。本文主要是根據電力電纜設計原則對范例進行分析和探討。

一、電纜型式與截面的選擇

根據《電力工程電纜設計規范》和《高壓電纜選用導則》，對于那些需保持連接、具有高可靠性回路的電力電纜應采用銅芯。考慮本工程需將電纜敷設在管中或細沙中，當地溫取30℃，埋深取1.0m，土壤熱阻系數取2.1K·m/W，電纜水平排列間距為0.225m時，此時選用的銅導體電纜為XLPE-800mm2，這時雙回路敷設時每相的最大載流量將會達到690A左右，因此，本工程主要采用交聯聚乙烯絕緣銅芯電力電纜（單芯）。

當選用此電纜型號后，本線路的輸送容量將達到13萬千伏安，完全滿足輸送容量的要求。系統輸送容量決定高壓電纜截面大小和線芯材質的選擇。電纜載流量的大小計算比較復雜，因為它不僅僅與纜芯結構及截面有關，還與護層的接地方式、敷設方式及電纜的布置有關，因此，在實際工程設計中，一般可以直接將電纜制造廠所提供的載流量作為設計依據。[1]

二、電纜的分段及護層的接地方式

電纜的分段需要綜合多方面因素來考慮，電纜的段數一般都是3的倍數，但其需要根據電纜周圍的地理環境合理選擇接頭工井的位置以及護層感應電壓的大小。在完成分段之后就需要將護層進行交叉互聯連接。[1]

電纜運行數值與負荷電流和電纜長度成正比，但是電纜在正常運行情況下需要在鋁護套上產生感應電勢，其PVC外護套（電纜外護套）要耐受這感應電勢，當感應電勢比較高就會造成電纜外護套絕緣損壞，導致多點接地，此時電能損耗會隨著鋁護套上的感應環流增大而增加，電纜上的溫度也隨之會增高，電纜輸送容量則會降低。為了讓電纜運行時達到最經濟最安全的目的，就需要將鋁護套上的感應電勢控制在安全值范圍之內，并盡可能減少電纜鋁護套上的環流損失，此時就需要采用交叉互聯連接的接地方式并將其進行分段。[2]電纜護層接地方式有很多種，本文重點介紹的是本工程所選取的護層接地方式：

（1）三相護層交叉互聯兩端接地。它主要是用于電纜的線路比較長而其中一端接地不能滿足要求時。

（2）三相護層一端接地（或兩端）經接地保護器接地，其中另一端（或中間一處）互聯接地。

（3）三相護層兩端分別并聯接地。

護層接地方式的選擇需要科學合理，因為它的合理選擇不僅可以降低電纜及線損絕緣層的老化，還能保證整條線路安全可靠運行。根據相關經驗，不能完全劃分出一個交叉互聯單元的3段電纜，但只要各段之間的相差長度在15%之內還是可以的。當單根電纜長度小于800米時，一般是不需要分段的。[3]

三、電纜護層感應電壓計算

計算電纜正常工作時護層感應電壓，需要參照《電力工程電氣設計手冊》表17-52進行。由于篇幅有限，本文就不在此詳細列舉計算過程了。

四、電力電纜的敷設

常用的電力電纜敷設方式主要有五種：排管、電纜橋架、電纜隧道、電纜溝以及直埋等。為了保證電力電纜能順利通過，電力電纜敷設的選擇就不僅僅要科學合理，而且還需要綜合考慮現場的實際情況。如果電纜路徑比較長，那么此時的電纜敷設就可以采用多種方式組合。[4]

本工程一般的電纜溝槽均采用的是隱蔽式設計，但撮鎮變出口除外，它主要采用的是磚砌電纜綜合溝。一般的磚砌電纜溝槽是在人行道及綠化帶下，在敷設好電纜之后再將原有的土進行回填，恢復到原有綠地。其中在設計蓋板時所考慮的商業堆載為1t/m2，溝槽蓋板采用的都是預制鋼筋混凝土蓋板。蓋板設計荷載應隨著局部荷載的增加而增加，例如局部地段鋪人行道方磚。電纜頂管處兩端和過路埋管的地方需要設置工井，在完成敷設之后需要在工井內充沙。工井采用預制梁板結構，磚砌井溝壁，活動頂蓋，一般情況下是不行車，只考慮行人。[4]本工程電纜在通過主干道路時，穿越方式采用的是導向鉆進非開挖鋪設MPP電力電纜護套管的方法，這主要是因為市政不允許進行封路和大開挖埋管作業；如果是通過非主干道時，采用的就是破路開挖埋管。

五、高壓電纜及其附件的布置與安裝

1.電纜排列方式

單芯電纜三相排列一般可以分為三種排列方式：等邊三角形、垂直排列、水平排列排列。等邊三角形排列三相對稱。而垂直和水平排列三相都存在阻抗不對稱、互感不等的問題，故線路較長時需換位。等邊三角形排列一般很少采用，主要是因為施工難固定等其他因素。垂直或水平排列一般是用在電纜溝、排管、直埋等長距離敷設方式下。[4]

2.固定要求

（1）在斜坡或垂直的高位側，應該要有大于2個或者2個以上的剛性固定。

（2）電纜上的轉彎、終端或接頭處緊鄰部位，至少要有1個剛性固定。

（3）電纜蛇形敷設的每一個節距部位，應該用撓性固定。而蛇形轉換成直線敷設的過渡部位，則需要用剛性固定。

3.電纜保護管

C-PVC保護管、玻璃鋼管是電纜保護管中通常采用的兩種保護管。選擇電纜保護管時，需要滿足一定的使用條件，滿足所需的機械耐久性和強度的要求。對于一些特殊的情況，不得使用未分隔磁路的鋼管，比如說使用交流單相電纜以單根的形式穿管時。

4.電纜支架的特殊要求

對于電纜支架的材質是有要求的，一般情況下要求鋼制，但當單相工作電流較大時，比如說交流單相大截面電纜工作電流達到1450A時，就會損壞鋼制電纜支架，造成鐵損。這就不能再使用鋼制的電纜支架。目前在國內外玻璃鋼化電纜支架的使用也變得比較普遍，此支架的強度和鋼制支架相比相差不大，但有極強的無電能損耗、耐腐蝕功能。[5]

5.電纜附件布置及安裝

（1）電纜中間接頭。電纜中間接頭一般采用的是整體預制，它的接頭可以分為兩種：直通中間接頭和絕緣中間接頭，這兩種接頭的外殼都是玻璃鋼，可防水。一般在電纜接頭的地方都設置了專用的電纜接頭工井。接頭工井一般規格是20米或10米長，主要是方便電纜的蛇形敷設和伸縮安裝。一般電纜接頭首先是放在沙袋上固定，在完成施工作業之后再充沙填埋。

（2）電纜終端的選擇與連接。電纜終端一般可以分為三種：干式硅橡膠終端、瓷套式終端以及GIS終端。這三種終端方式運用的地方也不同，其中干式硅橡膠終端一般是用在架空線路與電纜相連接時電纜上鐵塔，此時就需要采用合理的固定方式固定好終端和電纜，通常采用的方式就是首先用絕緣子串將電纜終端拉直之后再將其固定在鐵塔橫擔的中間。瓷套式終端一般是用在敞開式變電站進線構架的地方，而GIS電纜終端則是用在GIS變電站內。目前我國電纜T接頭使用技術還不夠成熟，如果幾回電纜線路需要T接時，那么就可以直接建一個T接房，然后用干式硅橡膠終端或導線將瓷套式終端進行T接。為了防止導線的動力使硅橡膠終端彎曲，損壞電纜終端和造成安全事故，在使用干式硅橡膠終端進行T接時，就需要采用硬連接方式。[6]

（3）避雷器的選型及安裝。避雷器的選型需要根據工程實際情況和避雷器的選型相關規定來選擇，在鐵塔和高壓單芯電纜相連接的地方一般都需要裝設避雷器。

六、電纜防火阻燃說明

第一，在變電站電纜豎井出線出口，各樓板、墻體、圍墻出口處以及溝道出口處等電纜引出口采用防火堵料封堵。

第二，將防火堵料封堵在變電站電纜豎井出線出口，此外，還需要將防火材料涂刷在孔口兩端的電纜各大于2米的區段，其中涂刷需要分3～4次涂刷，其厚度則需要大于1mm。

第三，選用的電纜通常防水性能比較好，其中聚乙烯（PE）護套是防水性能最好的，為了更好地阻燃，還需要選用埋沙的方式進行防火。

第四，將防火涂料涂刷在并列鄰近的其他電纜上以及其中間接頭兩側各3米區段內。

第五，將防火堵料封堵在電纜穿越各保護管管口處。

七、結束語

要做好高壓電力電纜的敷設設計，一定要重視文中提到的一些關鍵因素，否則便不能達到好的效果，甚至會帶來一定的安全隱患。只有做到嚴格按照相關規定來對設計把關，才能確保工程質量。

參考文獻：

[1]宋鋼.綜述高壓電力電纜設計[J].硅谷，2011，（10）：35，73.

[2]孫靜.高壓電力電纜局部放電檢測技術研究[D].上海：上海交通大學，2012.

[3]卞佳音.高壓電力電纜故障監測技術的研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[4]葉國文.110kV及以上高壓電纜線路的接地系統[J].廣東科技，2010，（16）：92-94.

[5]羅江，朱紅艷.論單芯電纜線路接地系統的處理[J].科技情報開發與經濟，2007，（31）：238-239.

[6]DL/T 5221-2005，城市電力電纜線路設計技術規定[S].2005.