關于電纜線路單點接地事故回流線選用及施工工藝的改進探討

羅城

摘要：在電纜外層鋁護套單點接地的回流線通常選用單芯銅電纜，回流線在電纜線路正常運行時導體無電流通過。因銅回收價值大，回流線被盜現象經常發生，后期運維修復工程成本較高，通過采用回收價值低的導電材料替代銅導體或改變施工工藝，可有效防止回流線被盜現象發生。

關鍵詞：電纜線路;單點接地;回流線;護層電壓;施工工藝改進

引言

為保護高壓電纜線路外層鋁護套在系統發生短路時，電纜外層鋁護套絕緣層不被擊穿，對于一端直接接地，另一端保護接地的電纜線路采用加裝回流線的方法來降低因電磁場作用而產生的感應電壓，從而避免因過強的感應電流通過金屬保護層而導致感應電流擊穿電纜的絕緣外層鋁護套。但電纜線路加裝的回流線在正常運行時導體無電流通過，通常設計選用的回流線材質為銅導體，回收價值大，被盜現象經常發生，后期運維修復工程成本高。如設計采用其它材料的導體替代，或改變電纜土建通道施工工藝，可有效防止回流線被盜現象發生。

1、回流線的作用

電纜線路外層鋁護套有單點接地和交叉互聯二種接線方式，當電纜線路采用交叉互聯方式，線路發生單相接地故障時，接地電流不通過大地，此時金屬護套相當于回流線，每根護套上將通過1/3的接地電流，每小段護套上的對地電壓相當于一端接地線路裝設回線的1/3，當電纜不換位時，各相護套的阻抗近似相等，護套之間基本無循環電流。假設接地電流不通過大地，則每相的護套通過三分之一的接地電流，此時的護套可看成一種特殊的回流線，可以將金屬護套上的感應電壓限制在規定的電壓以內。因此，采用完整的交叉互聯的電纜線路可以不設回流線。

根據《電力工程電纜設計規范》GB50217-2007第4.1.11之規定，采用單點接地接線方式時，交流單芯電力電纜線路的金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢未采用能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V，除此之外，不得大于300V。若系統短路時電纜金屬層產生的感應電壓，超過電纜護層絕緣耐受電壓、護層電壓限制器的工頻耐壓，需抑制電纜對鄰近弱電線路的電氣干擾強度，則沿線敷設一根回流線。

在電纜線路設計時，接地回流線的截面應通過執穩和暫態過程計算確定。目前，從事電纜線路設計回流線普遍采用單芯銅導體。

根據目前市面的導體材料來看，滿足上述條件的材料有鋼和鋁二種材料，由于鋼的導電性能較差，如滿足電纜線路在故障條件下的相關要求，經計算，鋼的截面積要大于鋁和銅，因鋼在施工連接時采用焊接技術，導致接觸大阻變大，鋼的截面變大，設計不建議選用圓鋼替代方案。

鋁的導電性能好，因回收價值遠遠少于銅，如在工程設計中選用絕緣鋼芯鋁絞線，可有效降低工程成本。

2、接地回流線截面計算

單點接地工頻感應過電壓計算示意圖如下圖所示：

SVL—護層電壓;設置于線路中央或者設置于兩端而在線路中央直接接地時，l為兩則終端之間線路長度的一半。

3、工程實例

110kV祥桃I、II線，110kV桃學I、II線電纜采用混凝土槽盒敷設，呈水平方式布置，電纜纜載面1×800mm2，電纜外層鋁護套采用一端直接接地，另一端帶保護接地，沿線敷設1根截面為240平方毫米銅芯電纜回流線。電纜路徑長度0.21km。

在該線路于2009年建成投產，不到1年時間回流線被盜，為避免線路恢復被盜現象再次發生，在運維恢復時，采用絕緣鋁導體替代鋁導體截面。計算條件如下：

1）系統參數

電壓等級： US=110kV

頻率： f=50Hz

單相短路電流：IS（1）11.6kA

兩相短路電流：IS（2）=12.8kA

三相短路電流：IS（3）=14.6kA

2）電纜結構及參數

電纜截面：? 800mm2

線芯： 銅

直徑： 34.8mm

導體包帶厚度： 0.8mm

內屏蔽厚度： 1.5mm

絕緣層厚度： 16mm

外屏蔽厚度： 1mm

半導電阻水層厚度? ?3.3mm

隔熱層厚度： 0.5mm

金屬護套厚度： 2.1mm

護套最小內徑 ： 81mm

護套最大外徑： 94.7mm

隔離層層厚度： 0.2mm

外護套厚度： 4.5mm

電纜外徑： 103.7mm

線芯干燥或浸漬? 是

線芯結構： 分割圓線

允許短路電流時間：t=3s

環境溫度：T=40℃

短路時線芯最高溫度：Tmax=250℃

短路時護套最高溫度：Tmax =200℃

線芯工作溫度： 90℃

護套工作溫度： 60℃

3）電纜敷設參數

排列方式：雙回路水平排列，相間距230mm，回路間距400mm

護套接地方式：單端互聯接地加回流線，分段長度：250m

4）計算結果：

（1）電氣計算結果

正常運行時感應電壓最大為：

A相感應電壓：9.03 + 27.18j = 28.64 V

三相短路時最大感應電壓為 A相感應電壓： 138.78 + 455.93j = 476.58 V

回流線最大感應電流： -8.80-24.36j = 25.9 A

兩相短路時感應電壓

A、C相短路時

A相感應電壓：404.18 + 233.35j = 466.71 V

單相短路時感應電壓（本程序僅計算A相短路時的感應電壓）

A相感應電壓：218.66 + 792.76j = 822.36 V

（2）載流量計算結果

無混凝土包封埋管時回路1載流量（控制相：C相）? 694 A

3、導體及護套可承受短路電流計算結果

絕熱情況下導體能承受的短路電流：65.99 kA/3s

非絕熱情況下導體能承受的短路電流：66.96 kA/3s

絕熱情況下金屬護套能承受的短路電流31.19 kA/3s

非絕熱情況下金屬護套能承受的短路電流? 34.75 kA/3s

（3）接地電纜與回流線計算

接地線、回流線最小截面（鋁）：120.39mm2

接地線、回流線最小截面（銅）：78.89mm2

單相短路時感應電壓（本程序僅計算A相短路時的感應電壓） （無回流線時）

A相感應電壓58228.97 + 2720.89j = 58292.51 V

綜上所述：

1、系統正常運行時電纜護層感應電壓為28.4V;

2、110kV祥桃I、II線，110kV桃學I、II線系統發生單相接地故障時，短路電流約11.6kA（系統計算提供），沿線未敷設回流線時，電纜護層感應電壓（單位：kV）為58.2+ 27.2j = 58.3kV，本工程中110kV單芯電纜鋁護套所能耐受的耐受電壓為37.5kV，保護接地端SVL額定電壓2.8kV，殘壓7kV。

根據GB50217-2007《電力工程電纜設計規范》4.1.15中要求，通過熱穩定、電壓限制水平綜合校驗，回流線選擇絕緣鋁導線，截面積為150mm2。

采用鋁截面替代銅芯電纜后，該線路經過長達10年的運行，情況良好，沒有被盜現象發生。

4、施工工藝流程及工程造價

為解決線路運營維護中回流線易盜，恢復成本高等問題，可在施工工藝上進行改進，通過工藝改進可以節省工程造價。

4.1施工工藝

在電纜土建施工過程中，將絕緣鋁導線敷設至電纜混凝土溝壁內，或夾在過路埋管、頂管管材之間沿線敷設，最后在工井內采用跳線引流管（表面渡銅）進行液壓，在各井口連接處采用螺栓連接并涂一層防腐漆，采用混凝土包封，將回流線隱埋在溝內;此施工工藝選用埋管和頂管敷設方式時單回電纜線路可以少埋1根HDPEΦ150管預埋管.

4.2技術經濟分析

（1）頂管施工費為480元/米，;埋管工程造價為120元/米;單芯截面為150mm2單芯電纜為125元/米;

（2）采用鋁截面施工成本為25元/米;

就本工程而言，選用截面為150mm2絕緣鋁導線可滿足設計要求。經技術經濟造價分析，用于埋管和頂管敷設中可節省工程造價分別約200元/米和560元/米，經濟效果顯著。

5、小結

通過材質的替代及施工工藝的改進，可以節省工程投資，解決回流線被盜的技術措施及運維單位被盜后修復的成本過高的問題。

參考文獻：

[1]電力工程電纜設計規范（GB50217-2007）.