高壓單芯電力電纜T接對電纜金屬層接地的影響分析

王偉

【摘 ?要】分本文析了110kV高壓單芯電纜常見的三種金屬套接地方式中增加電纜T接頭時對原T接電纜金屬套接地的影響情況。提出了增加的電纜T接頭處電纜金屬套的接地設置方式。特別的對于采用交叉互聯接地方式的電纜段，本文分析了如何設置新增電纜T接頭，可以盡可能避免金屬套環流的問題。對于110kV高壓電纜線路的設計具有一定的指導意義。

【關鍵詞】高壓單芯電力電纜;金屬套接地;電纜T接;環流

隨著國民經濟水平的提高，我國城市的規劃建設標準也逐年不斷的得到提高。由于高壓架空線路在城市中占用土地，存在電磁輻射以及影響城市景觀等原因，目前我國的大中型城市在市區內都普遍的采用高壓電力電纜替代了高壓架空線路，使得我們的城市風貌更加靚麗。

1 高壓單芯電力電纜T接存在的原因

由于我國經濟的快速發展，人口大量聚集的中心城市的城市配電網大多已經采用110kV電壓等級。因此在中心城市內存在著大量的110kV變電站及相應110kV電力電纜線路。高壓電力電纜的線路通道再加上電纜本體及相關配套設施，投資遠高于相同長度的架空電力線路。在中心城市110kV變電站的110kV側接入系統設計中，從節約投資的角度出發，存在設置主干高壓電纜線路，并將新建變電站T接至主干高壓電纜線路的趨勢。如此做法，目的是在保證足夠電網可靠性的基礎上最大限度的節約電纜及電纜線路通道的投資。

因此，隨著我國大型城市的不斷發展，以及城市負荷密度的提高，必然需要建設越來越多的高壓電纜線路。對于電網投資主體的電網公司，由于電纜線路投資較高，使其不能只考慮可靠性，從而使得高壓電纜線路的T接不可避免。對于110kV級的高壓電力電纜無論從絕緣的角度，還是從載流量的角度都不適合生產制造三芯電纜，因此對于110kV等級的城市配電網將會更多的出現高壓單芯電力電纜相互T接的情況。

2 常用的高壓單芯電力電纜T接頭型式及結構

目前定型生產的高壓單芯電力電纜分支接頭（T接頭）分為SF6充氣式和干式兩種。SF6充氣式分支接頭為不銹鋼密封充氣罐式結構，電纜采用插拔式結構，不銹鋼箱體，內充SF6氣體;箱內有三組在工廠中預裝調試并密封好的通用插拔座;電纜插拔頭與SF6氣體隔離，插拔時無需充/放氣體。插拔頭部分為全干式結構;箱體上裝有防爆膜、壓力密度計（有報警信號輸出功能）及充/放氣閥等裝置。干式分支接頭由外殼、絕緣主體、插拔頭（含應力錐）、連接金具等零部件組成。外殼采用鑄鋁制造;密封圈為壓力容器專用密封圈;整個接頭為全干式結構，其分支接頭主絕緣為高性能絕緣樹脂，采用真空澆注成型工藝與金屬保護殼整體成型，采用進口EPDM橡膠制造預制應力錐，借助錐托彈簧支撐應力錐與電纜絕緣、應力錐與分支接頭主體的錐面之間緊密接合;連接金具設計為插拔式免模壓結構。

從上面兩種類型的高壓單芯電力電纜分支接頭（T接頭）的結構可知，無論哪種類型都存在T接的三段高壓電纜除中心導體外，其絕緣層、半導電層、金屬護套以及外護套將被剝離。如此的結構，必然使得T接的三段電纜的金屬護套是相互獨立的。

3高壓單芯電力電纜T接頭后對原電纜線路金屬層接地的影響

根據GB50217-2018《電力工程電纜設計標準》4.1.12條：“交流系統單芯電力電纜金屬套接地方式選擇應符合下列規定：1 線路不長，且能滿足本標準第4.1.11條要求時，應采取在線路一端或中央部位單點直接接地;2 線路較長，單點直接接到方式無法滿足本標準第4.1.11條的要求時，水下電纜、35kV及以下電纜或輸送容量較小的35kV以上電纜，可采取在線路兩端直接接地;3 除本條第1款、第2款外的長線路，宜劃分適當的單元，且在每個單元內按3個長度盡可能均等區段，應設置絕緣接頭或實施電纜金屬套的絕緣分隔，以交叉互聯接地。”

對于城市配電網的110kV電纜線路而言，基本不會出現上述規范第2款的情況，故主要有三種金屬套接地方式，即線路一端單點直接接地、線路中央單點直接接地及交叉互聯接地。

對于采用單點接地（線路一端單點直接接地、線路中央單點直接接地）方式的高壓單芯電纜而言，在線路中任意點設置電纜T接頭不會對原電纜已有接地方式造成影響，我們需要考慮的是增加電纜T接頭后主干線路工作電流提高后，電纜不接地端感應電勢最大值是否超過50V，若超過則需采取措施防止人員接觸到電纜金屬套或其引出線。若感應電勢最大值超過300V（可能性較小）則需將主干電纜增加分段來降低感應電勢。對于采用單點接地方式的高壓單芯電纜被T接后的電纜金屬套接地方式變化可見下圖。

圖2中主干電纜L1和分支電纜L2在被T接前是一段電纜，T接后電纜被T接頭分隔為兩段電纜。電纜從被T接前的一段單點接地電纜（L1與L2和起來是一段單點接地），到被T接后成為兩段單點接地電纜（L1和L2分別是一段單點接地）。在圖2中我們設置了電纜中電流的流向，可以看出在電纜被T接前，主干電纜L1和分支電纜L2的工作電流是一樣的既A1，在被T接后主干電纜L1的工作電流增加為A1+A2（為兩條分支電纜電流之和），故需要對主干電纜不接地端的感應電壓重新進行校驗。

對于采用交叉互聯接地方式的高壓單芯電纜，在線路交叉互聯區段內進行T接將會對對原電纜已有接地方式造成影響。由于電纜被T接后將被分隔為兩段，此后形成的主干電纜段中工作電流會增加。在一個交叉互聯段中，電纜要求由三個等長的區段組成，若T接點不設在一個交叉互聯段的兩個端點附近，那么都會導致三個等長的區段變得不等長的情況，這必將導致這個交叉互聯段中的金屬套感應電勢疊加后不平衡從而在金屬套中出現環流。環流會造成額外的線路損耗，增加電纜發熱，從而限制電纜的工作電流，嚴重的會導致電纜絕緣老化加快降低電纜壽命。對于采用交叉互聯接地方式的高壓單芯電纜被T接后的電纜金屬套接地方式變化可見下圖。

圖3中電纜被T接前L1與L2是一段電纜，L1+L2的長度與L3、L4相等，并構成了一段交叉互聯接地區段。當電纜在交叉互聯區段內被T接后，由于電纜T接頭（電纜分支接頭）的結構特點，其須把T接頭處三段電纜的金屬套引出，故在T接頭處必須設置三段電纜金屬套的直接接地點或保護接地點（經護層電壓限制器接地）。然而T接點設置在電纜的交叉互聯區段內，根據交叉互聯接地的特點L2段電纜的T接頭處金屬套就應是直接接地，而L1段則可采用單點接地方式在L1段T接頭處金屬套設置護層電壓限制器，如圖4中所示。

圖4中電纜被T后原電纜重新形成的金屬套接地系統中，L2與L3、L4形成的新的交叉互聯區段雖然工作電流都為A1，但由于L2與L3、L4不再等長從而導致三段金屬套感應電勢疊加后會出現不平衡電勢，進而在金屬套中產生環流。環流的大小取決于L2與L3、L4的不等長程度，當T接頭設在電纜絕緣頭Y處時L2長度最小為0，此時環流最大;當T接頭設在電纜中間頭X處時L2長度最大與L3、L4等長，此時環流為0。根據上述分析，在電纜的交叉互聯區段中設置T接頭時須經可能的靠近這個區段的中間接頭處，從而避免環流的產生。

4結論

本文介紹了110kV高壓單芯電纜常見的三種金屬套接地方式及電纜T接頭的型式及結構特征。分析了在110kV高壓單芯電纜常見的三種金屬套接地設置方式中增加電纜T接頭時對原T接電纜金屬套接地的影響，并提出了增加的電纜T接頭處電纜金屬套的接地設置方式。特別的對于采用交叉互聯接地方式的電纜段，本文分析了如何設置新增電纜T接頭，可以盡可能避免金屬套環流的問題。對于110kV高壓電纜線路的設計具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1] 馬耀家，高海洋.電纜分支接頭在城市高壓電纜工程中應用.第十九屆輸配電研討會論文集.

（作者單位：云南恒安電力工程有限公司）