電力系統中高壓電纜輸電線路設計問題淺析

鄭修奇

國網遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司

1、高壓電纜線路設計工作的重要性

在公用配電網絡中，電纜所占的比例非常大。在建筑密度大或負載密度高的地區或者在城市和工業區沒有架設高架線的地方，適當使用電纜的使用是非常重要的。然而，在分散在該地區和農村地區的建筑物上，缺乏架空走廊，因此可能出現故障的情況越來越多。此外，人們越來越重視環境的保護，因此要求我們在技術經濟中必須優化和精心規劃配電網。高壓電纜線路設計中應注意的主要問題是電網技術經濟優化的選擇，選用適當的網格結構，采用適合的結構元件。例如：電纜、導體截面和變壓器模型和尺寸應該結合實際情況選擇，這樣電網的建設成本就可以降到最低，設計工作也可以簡化。

2、電力系統中高壓電纜輸電線路設計

2.1 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。

2.2 回流線的選擇與布置

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 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。

2.6 選擇敷設方式

2.6.1 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。

2.6.2 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。

總而言之，電纜線路設計直接影響了電力工程的安全，電纜線路設計需要引起了電力部相關部門的極大重視，所以，在配電網規劃中重視電纜線路設計的管理，這樣可以為電力系統的完善提供了有力的保障。

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