110kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套接地方式探討

黎懿

摘 要：針對當(dāng)前110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套在接地方式上的特殊性以及必須考慮的問題進(jìn)行分析，進(jìn)而對110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套接地可采取的方式進(jìn)行了詳細(xì)介紹，認(rèn)為采取“金屬屏蔽層一端直接接地，另一端經(jīng)護(hù)層保護(hù)接地”“中點(diǎn)接地”以及“金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護(hù)器接地”上述三種接地方式是可行的，對確保110 kV高壓單芯電纜安全運(yùn)行有積極作用與價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高壓單芯電纜；金屬護(hù)套；接地方式；110 kV

中圖分類號：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.159

文章編號：2095-6835（2016）11-0159-02

在城市建設(shè)改造進(jìn)程不斷推廣發(fā)展的背景下，110 kV高壓電纜線路大量建設(shè)并投入運(yùn)行，且大量線路開始覆蓋于人群集中區(qū)域，如何保障線路運(yùn)行的安全性成為了電力工作人員高度重視的問題之一。目前成都地區(qū)，相關(guān)供電公司運(yùn)行維護(hù)的110 kV及以上輸電電纜超過219條，長度超過713 km，其中110 kV電纜173條。

我國現(xiàn)行《電力安全規(guī)程》當(dāng)中有明確規(guī)定：電氣設(shè)備非帶電金屬外殼均需要做接地處理，高壓電纜金屬屏蔽層需正常接地。目前，110 kV高壓電纜線路多采用單芯電纜，其線芯部分與金屬屏蔽層的關(guān)系可以視作“變壓器初級繞組裝置”，即在高壓單芯電纜線芯有電流通過時(shí)，會產(chǎn)生磁力線交鏈金屬屏蔽層，線芯兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓。高壓電纜長度與感應(yīng)電壓大小有正相關(guān)關(guān)系，即在高壓電纜線路較長的情況下，金屬護(hù)套感應(yīng)電壓疊加后所會對人身安全產(chǎn)生危害。在這一背景下，圍繞110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套的接地方式進(jìn)行探討，以保證高壓電纜運(yùn)行的安全性。

1 110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套接地問題

在我國現(xiàn)行《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求下，對于電壓等級在35 kV及以下水平的電纜線路，多設(shè)置為三芯電纜形式。電纜線路的運(yùn)行過程中，流經(jīng)三個(gè)現(xiàn)行的電流綜合為零，因此，在金屬屏蔽層兩端均未檢測有感應(yīng)電壓的存在。這意味著對此類電纜線路而言，在對兩端進(jìn)行直接接地的條件下，不會有感應(yīng)電流流經(jīng)金屬屏蔽層。但在電壓等級高于35 kV的情況下，電纜線路多采取單芯形式。

當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時(shí)，就會有磁力線交鏈金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比。當(dāng)高壓電纜很長時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障，遭受操作過電壓或雷電沖擊時(shí)，屏蔽形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。在這一情況下，若仍然按照常規(guī)方法將金屬屏蔽層兩端做三相互聯(lián)式接地處理，則金屬屏蔽層上將會產(chǎn)生非常大的環(huán)流，換流值可以達(dá)到電纜線芯電流的50%～95%，導(dǎo)致明顯的電纜損耗。同時(shí)，還會致使金屬屏蔽層表面發(fā)熱，影響電纜線路運(yùn)行過程中的載流量水平，加速單芯電纜的絕緣老化。即對于35kV電壓等級以上高壓單芯電纜而言，不能采取電纜兩端直接接地的接地方式。但在金屬屏蔽層一端不接地的情況下，若存在過電壓或雷電流沿高壓單芯電纜流動，則對于高壓單芯電纜而言，金屬屏蔽層不接地端可能出現(xiàn)非常高的沖擊電壓。若系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流流經(jīng)線芯，也可能導(dǎo)致金屬屏蔽層不接地端出現(xiàn)高水平的工頻感應(yīng)電壓，形成環(huán)流。在金屬屏蔽層采用一端互聯(lián)接地的方式下，必須采取相應(yīng)的方法與手段對護(hù)層上的過電壓進(jìn)行合理限制。在安裝過程中，需根據(jù)線路實(shí)際情況在金屬屏蔽層或單芯電纜鋁包層相應(yīng)位置采取可行且有效的連接方式以及接地方式，并配合對護(hù)層保護(hù)器的設(shè)置，以避免電纜護(hù)層出現(xiàn)絕緣擊穿的現(xiàn)象，起到維護(hù)110 kV高壓單芯電纜安全且穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

2 110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套接地方案

在110 kV高壓電纜線路的安裝中，需遵循現(xiàn)行《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》的相關(guān)要求，即在110 kV高壓單芯電纜線路金屬護(hù)套僅設(shè)置一點(diǎn)接地的情況下，金屬護(hù)套任意一點(diǎn)所產(chǎn)生感應(yīng)電壓應(yīng)控制在50 V（針對未采取不能任意接觸金屬護(hù)套安全措施的情況而言）～100V（針對采取金屬護(hù)套分段絕緣或絕緣后交叉互聯(lián)接線的情況而言）區(qū)間內(nèi)。根據(jù)該要求，110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套的有效接地方式包括如下幾種類型。

2.1 金屬屏蔽層兩端以不同方式接地

110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套可以采取“金屬屏蔽層一端直接接地，另一端經(jīng)護(hù)層保護(hù)接地”的接地方式，如圖1所示。結(jié)合圖1，在110 kV高壓單芯電纜長度小于700 m時(shí)，屏蔽層一端可做直接接地處理，另一端則在護(hù)層保護(hù)器支持下進(jìn)行接地。

根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求，交流系統(tǒng)110 kV及以上單芯電纜金屬層單點(diǎn)直接接到時(shí)，下列任一情況下，應(yīng)沿電纜鄰近設(shè)置平行回流線：①系統(tǒng)短路時(shí)電纜金屬層產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電壓，超過電纜護(hù)層絕緣強(qiáng)度或護(hù)層電壓限制器的工頻電壓；②需抑制電纜鄰近弱點(diǎn)線路的工頻耐壓。當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，還需要安裝一條回流線（沿電纜線路保持平行狀態(tài)），對回流線兩端進(jìn)行直接接地處理。在回流線的敷設(shè)中，其與中間一項(xiàng)電纜的間隔距離應(yīng)當(dāng)控制為（0.7×相鄰電纜間距），并且需要在線路中心位置進(jìn)行換位。由于增加有回流線，所以單相短路回路電流可不經(jīng)過大地而通過回流線返回。即在單相接地狀態(tài)下，金屬護(hù)套外護(hù)層絕緣性能以及保護(hù)器所承受工頻過電壓大小不會受到地網(wǎng)電位的影響，且可以使得一部分因110 kV高壓單芯電纜接地電流所產(chǎn)生磁通得到回流線流進(jìn)磁通的抵消，以起到降低過電壓水平的目的。在工程實(shí)踐中，在成都地區(qū)采用“金屬屏蔽層一端直接接地，另一端經(jīng)護(hù)層保護(hù)接地”的接地方式時(shí)，該種接地方式多用于排管敷設(shè)和電纜線路的“π”接中，且均未設(shè)置回流線。

2.2 中點(diǎn)接地

110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套可以采取“中點(diǎn)接地”的接地方式，如圖2所示。結(jié)合圖2，對110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套采取中點(diǎn)接地方案的基本思路是：在線路中點(diǎn)位置安裝專用絕緣接頭，通過絕緣接頭斷開電纜屏蔽層，屏蔽兩端則經(jīng)由護(hù)層保護(hù)器實(shí)現(xiàn)接地，電纜終端屏蔽可做直接接地處理。需要注意的是，在針對110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套采用中點(diǎn)接地方式時(shí)，視實(shí)際情況，若電纜長度、敷設(shè)和運(yùn)輸方式能夠滿足要求，則僅需在電纜中點(diǎn)部位破開電纜保護(hù)套，并將接地裝置直接安裝于鋁波紋護(hù)套上。安裝好后，可做金屬護(hù)套以及外護(hù)

層防水工作。該方案的優(yōu)勢在于：電纜未直接安裝絕緣接頭，避免了在電纜運(yùn)行期間出現(xiàn)絕緣性能薄弱的問題。同時(shí)，110 kV高壓單芯電纜本體無畸變電場，可有助于提高電纜整體使用壽命以及載流量水平，達(dá)到維護(hù)電纜線路安全運(yùn)行的目的。工程實(shí)踐中，本地區(qū)暫時(shí)無工程實(shí)際使用該種接地方式。

2.3 金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護(hù)器接地

110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套可以采取“金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護(hù)器接地”的接地方式，如圖3所示。結(jié)合圖3，在110 kV高壓單芯電纜整體敷設(shè)線路較長（多指1 000 m以上）時(shí)，可以采用“金屬屏蔽層分段交叉互聯(lián)后經(jīng)保護(hù)器接地”的接地方式。該接地方案的基本思路是：將110 kV高壓單芯電纜線路整體劃分為長度相等的三段式或三段整倍數(shù)段，每個(gè)小段之間均裝設(shè)絕緣接頭，并在絕緣接頭位置三項(xiàng)屏蔽之間應(yīng)用同軸電纜，經(jīng)交叉互聯(lián)箱進(jìn)行換位連接。同時(shí)，在交叉互聯(lián)箱中裝設(shè)有一組護(hù)層保護(hù)器，線路上每兩組絕緣接頭夾接一組直通接頭。需要注意的是。為了最大限度的地控制110 kV高壓單芯電纜線路相對于鄰近輔助電纜以及通信電纜的感應(yīng)電壓影響，可盡量采用交叉互聯(lián)式的接線方式。但該方案是本地區(qū)目前工程實(shí)踐中在隧道、淺溝等具備條件的通道中優(yōu)先選擇的接地方式。

3 結(jié)束語

110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套必須經(jīng)由接地處理后運(yùn)行，同時(shí)需要考慮對其金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的限制。本文探討了110 kV高壓單芯電纜金屬護(hù)套的接地問題，并對金屬護(hù)套可采取的接地方式進(jìn)行了介紹與分析，以方便工作人員更好地針對110 kV高壓單芯電纜進(jìn)行巡查與維護(hù)，以免導(dǎo)致高壓電纜過電壓現(xiàn)象所致電纜外保護(hù)層擊穿問題，達(dá)到提高110 kV高壓單芯電纜整體運(yùn)行安全性水平的目的。

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〔編輯：胡雪飛〕