電力系統中高壓電纜輸電線路設計研究

馮鋒

（國網福建福清市供電公司，福建福清 350300）

電力系統中高壓電纜輸電線路設計研究

馮鋒

（國網福建福清市供電公司，福建福清 350300）

通過對電力系統中高壓電纜的優點以及其與電力系統的連接和絕緣配合進行分析，優化高壓電纜輸電線路設計方法，提高電力系統運行質量。

電力系統；高壓電纜；輸電線路；設計

高壓電纜由傳統線路改造而成，直徑相對較大，普遍采用金屬線纜材質。設計人員要依據電力系統實際情況，運用正確的方式，對高壓電纜輸電線路進行合理設計，并對其絕緣、避雷和架設工作等進行合理規劃，以達到良好的設計效果，提高電力系統運行質量，為人們提供安全、穩定的用電環境。

1 電力系統中高壓電纜的優缺點

優點如下：①高壓電纜的輸電線路路徑較短，相對比較容易對線路路徑進行有效選擇；②高壓電纜比較隱蔽，建設完成后，往往被道路、草坪等覆蓋，不會對城市景觀產生干擾；③高壓電纜不會受周邊環境干擾。而高壓電纜在實際應用中也存在一定的缺陷，成本相對較高，設計難度大；完成高壓電纜施工后，不容易被更改，且故障檢測和后期維修困難。

2 高壓電纜與電力系統的連接及絕緣配合

2.1 連接方式

①電纜進線段方式，應用高壓電纜作為變電站的出線間隔，完成某一段落電纜敷設工作之后，在電纜終端桿塔電纜引上采用架空線方式連接對端變電站，該種電纜方式應用比較普遍；②將高壓電纜線路融入電力線路中，城市中架空線路路徑選擇難度較大，可將電力電纜應用到架空線路中，將架空線路作為電纜的兩端；③變電所全段采用高壓電纜。

2.2 系統絕緣配介

應用避雷器對來波幅值進行限制，或者在電纜周邊設置進線保護段，借助導線高幅值入侵波產生的沖擊電暈，對入侵波陡度和幅值進行控制，并用導線自身波阻抗對避雷器的沖擊電流幅值進行限制，以避免雷電波損壞電纜設施［1］。

2.2.1 避雷線配置要求。依據變電所實際情況，對避雷線長度進行合理選擇。其是高壓電纜設計中的主要內容。設計電纜時，要依據絕緣配合要求，在架空線路上對避雷線進行架設，并確定其長度。針對改擴建工程，如果原架空線路中不包含避雷線，要采用新型線路方式，落實避雷線架設工作。

2.2.2 避雷器配置要求。電纜進線段10～220kV電力電纜線路，應在電纜線路與架空線路連接處裝設避雷器。而發電廠和變電所的35kV及以上電纜進線段，無論電纜長度是否超過50m，如果裝設一組閥式避雷器可滿足保護要求，只裝一組即可。

3 電力系統中高壓電纜輸電線路設計

3.1 選擇外護套

如果高壓電纜線路在110kV及以上，可將聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）作為外護套。目前，電纜的防水層以鉛合金護套或皺紋鋁護套效果最好，而鉛合金護套較皺紋鋁護套具有更好的耐腐蝕性能和較小的彎曲半徑，但鉛合金護套比重大，機械性能不如皺紋鋁護套，對施工安裝不利。從金屬護套的短路容量方面考慮，鋁較鉛的導電性能好，能耐受較大的短路電流。聚氯乙烯耐環境應力開裂性能比聚乙烯好，在燃燒時分解的氯氣有助于阻燃，且聚氯乙烯對化學腐蝕的耐受性能不及聚乙烯，在燃燒時會析出含有氯化氫等有毒氣體。電纜敷設多位于市區道路，出于安全和環保考慮，電纜外護套選用聚乙烯材料。

根據地區電纜多年運行經驗及工程實際情況，戶外套推薦為交聯聚乙烯絕緣、含縱向阻水層、鋁護套、聚乙烯外護套的結構。

3.2 回流線的選擇與布置

3.2.1 選擇回流線。參照《電力工程電纜設計規范》（GB50217-2007），110kV及以上單芯電纜金屬護層單點直接接地，如果系統短路使電纜金屬護層上的工頻感應電壓超出其絕緣耐受強度，或者需要對電纜周邊弱電線路電氣干擾強度進行抑制，需將回流線裝設于一端互聯并接地線路中。如果發生單相接地短路故障，短路電流可通過回流線流回系統中性點，產生的磁通對部分電纜導線接地電流產生的磁通進行抵消。故而，裝設回流線，不僅能夠使短路故障時的感應電壓降低，而且能夠避免電纜線路周邊信號電纜的感應電壓過大。

選擇回流線時，依據最大暫態電流背景下的熱穩定要求對截面進行考量。并在回流線上設置防腐層，以對回流線腐蝕問題進行有效規避。具體操作中，回流線都是常規10kV電纜或LGJ導線。

3.2.2 布置回流線。在電纜線路附近布置回流線：①電纜三相品字形布置，高壓電纜敷設難度較大，可在電纜品字兩肩上對回流線進行布置，在半長處換位一次；②長電纜線路交叉互聯，如果電纜線路比較長，可進行單元劃分，將各單元分為均勻的三段，進行三相交叉互聯，且線路兩端金屬護層接地，其電阻低，幾何平均半徑大；③在發電廠或變電所對電纜線路任一終端進行設置，具體操作中經常忽視回流線和電中性線接地連接部位。

3.3 采用一端接地方式時接地端選擇

電纜接地，選用三芯電纜作為中壓電纜，三相電纜的芯線在電纜中呈三角形對稱布置，三相電流對稱，金屬外皮無感應電流，高壓單芯電纜則不同。其芯線和金屬護套與變壓器的初級繞組和次級繞組類似。電纜經交流電流時，周邊部分磁力線會與金屬護套鉸鏈，使護套中產生感應電壓。假定護套兩點接地，護套與導線會形成閉合回路，產生環形電流。當電纜處于正常運行狀態，金屬護套上的環形電流數量級與芯線負載電流相同，不僅會使電纜絕緣層老化，且會降低芯線載流量。故而，選用一端接地方式，另一端經護層電壓限制器接地的方式對電纜進線接地。

3.4 選擇直線接地端

①線路全部采用電纜，可使線路終端處接地；②電纜一端與架空線相連，可在與架空線相連的一端對護套直接接地點進行設置，避免護套電壓過大，并在另一端對護層電壓限制器進行設置；③如果電纜兩端與架空線均相連，在架空線容易被雷擊處設置護套的直接接地點，另一端設置護層電壓限制器。

3.5 絕緣分割交叉互聯接地

線路路徑較長，線芯電流也比較大，金屬護套只一端接地的感應電壓很高，不利于設備及人員安全。普通接頭較為常見，分割電纜金屬護套和絕緣屏蔽層，使其以合適的單元形式存在，將各單元劃分為3個均等的段落，應用絕緣接頭連接相鄰段電纜金屬護套和屏蔽層，使它們的連續回路對三相導體的各段進行依次包圍，該種互聯方式比較特殊。相較于普通接頭，絕緣接頭可在電氣上對護套和外屏蔽層進行分段。

3.6 選擇敷設方式

3.6.1 電纜隧道。電纜隧道具有很大的空間，運用輔助設施，其敷設、運行都比較方便，適用于電纜回路多且重要的情況。110kV及以上電纜輸電線路普遍選用該種敷設方式。電力電纜隧道橫截面為圓形或矩形，圓形隧道空間能夠被導體正三角形排列、電纜線路垂直蛇形敷設等充分利用，對電纜金屬護套感應電壓進行有效控制，避免電纜支架數量過多，節約成本。

3.6.2 電纜溝。電纜溝不會占用過多的地下空間，以自然采光和通風為主，主要應用移動抽水方式進行排水，運行很長時間之后，溝蓋板容易斷裂破損，地面水也容易溢入溝內，使道路基礎設施等不夠美觀，并對電纜絕緣產生影響，無法達到良好的輸電線路設計效果。電力人員要依據具體工程背景，合理選擇敷設方式，保障電力系統整體工程質量。

4 結語

將單芯電纜應用到高壓電纜中，會因金屬護套出現感應電壓問題，無法達到良好的應用效果。設計人員要依據具體電力工程背景，對回流線、電纜接地方式及敷設方式等進行合理選擇，以對感應電壓進行有效控制，為電力系統提供一個安全、穩定的用電環境，提高人們的日常用電質量，并對其實際應用過程中的各種問題進行有效規避。

［1］李中平，閆軍波，張旭東.關于高壓電纜線路電氣設計的幾點思考［J］.科技創新與應用，2016（29）：187.

Research on the Design of High Voltage Cable Transmission Line in Electric Power System

Feng Feng
（State Grid Fuqing Fujian Power Supply Company，Fuqing Fujian 350300）

In this paper,the advantages of high voltage cable in electric power system and the connection and insula?tion coordination of power system were analyzed,the design method of high voltage cable transmission line was opti?mized,to improve the operation quality of electric power system.

electric power system；high voltage cable；transmission line；design

TM75

A

1003-5168（2016）12-0134-02

2016-11-08

馮鋒（1978-），男，本科，工程師，研究方向：電力輸配電線路設計。