電力系統中高壓電纜輸電線路設計問題淺析

黃志豪

【摘 要】隨著改革開放和經濟的不斷發展，人民生活水平不斷提高，用電量也大幅提升，對電網供電安全性、可靠性提出了越來越高的要求。輸電線路作為電網的重要環節，由于受各種因素的影響比較多，在其運行維護中存在著許多困難，因此應該注意提高輸電線路的運行維護質量，從而確保電網的安全運行。

【關鍵詞】中高壓電纜；高壓輸電線路；避雷線；避雷器

前言

本文通過對中高壓電纜輸電線路在電力系統應用的特點分析的基礎上，針對避雷線、避雷器，闡述高壓電纜主要設備的配置原則、參數選擇等技術條件。在外部條件基本確定時，推薦通過合理確定護層接地方式，提高供電可靠性，在盡量提高電纜載流量的同時，正確認識載流量的確定方式。

1.中高壓電纜線路與電力系統的連接及絕緣配合要求

1.1在系統中應用的3種方式

1.1.1電纜進線段方式。是指變電站出線間隔采用高壓電纜，敷設一段電纜后，再采用架空線的方式與對端變電站相連，這是一種非常常見的電纜應用方案。

1.1.2高壓電纜線路作為電力線路中間的一部分是指在城市中的高壓電力線路，由于受到架空線路徑選擇困難的影響，架空線路中間的一段采用電力電纜，即電纜的兩端均為架空線路。

1.1.3變電所之間，全線采用高壓電纜。

1.2對系統絕緣的配合要求

為防止雷電波損壞電纜設施，一般從2方面采取保護措施：一是使用避雷器，限制來波的幅值；二是在距電纜設施適當的距離內，裝設可靠的進線保護段，利用導線高幅值入侵波所產生的沖擊電暈，降低入侵波的陡度和幅值，利用導線自身的波阻抗限制流過避雷器的沖擊電流幅值。

1.2.1對避雷線的配置要求。

對于電纜進線段方式，與電纜線路相連的架空線路，如果與高壓電纜相連的66kV及以上變電所為組合電器GIS變電所，則架空線路應架設2km避雷線；如果與高壓電纜相連的35kV及以上變電所為敞開式配電裝置的變電所，則架空線路應架設1km避雷線。這是高壓電纜設計的一個重要的外部條件。因此，在電纜的設計中，必須按照絕緣配合的要求，在架空線路上架設滿足長度要求的避雷線。尤其對于改擴建工程，發現原架空線路未架設避雷線時，應改造相應線路，架設避雷線。

1.2.2對避雷器的配置要求。

對于電纜進線段的10～220kV電力電纜線路，電纜線路與架空線相連的一端應裝設避雷器，這一原則在DL/T5221-2005《城市電力電纜線路設計技術規定》中被確定下來。根據DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》，對于發電廠、變電所的35kV及以上電纜進線段，如電纜長度不超過50m或雖超過50m，但經校驗，裝設一組氧化鋅閥式避雷器即能符合保護要求，可只裝避雷器F1或F2。電纜線路一端與架空線相連，且電纜長度小于其沖擊特性長度時，電纜線路應在兩端分別裝設避雷器。當進入波電壓與電纜非架空線側的最大脈沖電壓相等時，其相應的電纜長度稱為沖擊特性長度，或稱為脈沖波特性長度，也稱為臨界長度。據此，在長度小于其沖擊特性長度的電纜線路中，脈沖波的入射波和反射波的疊加作用，會使電纜的非架空線一側的電壓高于進入波，因此，不僅架空線側，也要在電纜線路的非架空線一側配置避雷器。

2.中高壓電纜的主要技術特點

高壓電纜的主要設計技術經濟指標是載流量，根據載流量便可確定電纜的截面，從而影響工程的造價。電纜的載流量確定還影響電纜可靠性，新修訂后的國家標準《電力工程電纜設計規范（GB50217―2007）》在確定載流量的條文中，將舊版（已廢止）“持續工作電流”改為“100%持續工作電流”。這一改動，雖未涉及原條款各項要求的改變，卻使基本載流量（IR）對應條件明確為100%恒定（即日負荷率Lf等于1）的持續特征。也意味著當回路負荷持續性Lf<1情況下，就不受此限，可另行評估其容許的載流量（I'R）。如：電纜在埋地敷設（直埋或穿管埋地的統稱）情況下負荷特征具有Lf<1的周期性變化持續性時，一般成立I'R> IR 。這對于城網供電電纜埋地敷設的線路，具有不可忽視的積極意義，因為城網供電回路的負荷多屬公用性，通常Lf=0.7～-0.8，因而其I'R>比IR可增大20%左右。影響電纜可靠性及載流量的因素非常多，其中電纜護層的接地方式是其中的核心因素。

2.1電纜金屬護套或屏蔽層接地方式

對于三芯電纜，應在線路兩終端直接接地，如在線路中有中間接頭者，應在中間接頭處另加設接地。而對于單芯高壓電纜的接地方式則較為復雜，包括一端接地方式、線路中間一點接地方式、交叉互聯接地方式及兩端直接接地方式。

2.2電纜金屬護套或屏蔽層接地方式選擇分析

具有一定長度的供電電纜線路以直埋或管路敷設方式時，沿縱長每隔適當距離需要設封閉式工作井，城市內布置接頭工作井一般比較困難，例如110kV雙回電纜接頭井的長度約12m，寬約2m布置，難度可想而知。單芯電纜長度較短時，優先考慮采用一端接地。安裝接地線時，先將銅屏蔽地線與鎧裝地線連接，再將接地線與主地線連接。一端接地時，按規范（GB50217―2007）要求，在交流系統中單芯電纜金屬層正常感應電勢容許最大限值（Esm）不大于300V。采用兩端直接接地方式，需敷設回流線，同時，需要經過計算，以保證兩端直接接地方式的電纜金屬護套在正常負荷電流時必須符合規范允許值。此外，為方便工程今后的維護測試，對于110kV及以上電纜，其金屬護套直接接地端一般需經接地箱接地。交叉互聯方式適用于較長的電纜線路，且將線路全長均勻地分割成3段或3的倍數段。使用絕緣接頭把電纜金屬護套隔離，并使用互聯導線把金屬護套連接成開口三角形，電纜線路在正常運行狀態下流過3根單芯電纜金屬護套的感應電流矢量和為零，就能避免電纜負載能力受流過金屬護套的循環電流引起發熱的影響。

3.結語

高壓電纜輸電線路系統應用涉及輸、變電兩個專業，相關規程規范、技術條件繁多。這就要求在高壓電纜應用的過程中，對避雷器、避雷線等主要技術原則方面給予充分關注，使高壓電纜系統的設備配置合理，參數選擇正確，保證高壓電纜的可靠運行。

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