電力系統中高壓電纜輸電線路設計研究

王傳雙 黃珅

摘要：隨著城市的擴張，用電需求量持續增長，電力工程電纜設計任務尤為突出，電力工程電纜設計的質量直接影響到供電安全及其整體質量。電力工程電纜的設計涉及諸多因素，不僅包括電纜工程規模、電纜結構、施工概況、工程技術要點，還包括市政規劃、橋梁敷設等因素，影響設計方案的因素較多，本文主要針對電力電纜工程設計相關問題進行了分析，希望有關人員能夠有所借鑒。

關鍵詞：電力系統;高壓電纜;輸電線路;設計;

一、電力電纜線路簡述

電力系統常見的電能傳輸方式有兩種：架空線路及電纜線路。架空線路電力傳輸廣泛采用的方式，這個不再進行敘述。電纜線路常用于城市地下電網、發電站引出線路、工礦企業內部供電及過江海水下輸電等特殊情況。大多數是不具備架設架空線路的情況下采用電纜線路。電纜線路與架空線路比較之優劣情況如下：

（1）優點：1）電纜敷設在地下，不占地面空間，同一地下電纜通道，可以容納多回線路;2）在城市道路和大型工廠，用電纜供電，有利于市容、廠容整齊美觀;3）自然氣象條件（如雷電，風雨，鹽霧，污穢等）和周圍環境對電纜的影響很小;4）電纜隱蔽在地下，對人身比較安全，供電可靠性高;電纜線路的運行維護費用比較小。

（2）缺點：1）電纜線路建設投資費用較高，是架空線的幾倍;電纜故障隱蔽，測試較難;2）電纜損壞后，修復時間較長;3）電纜不容易分支;4）電纜線路設計使用年限不如架空線長。

二、電纜路徑通道的設計

城市電纜通道建設應根據城市規劃和電網規劃（工程規模、電壓等級等）、功能要求、自然條件等因素，結合消防、環保、節能等要求，合理進行通道路徑選擇、截面選取，充分考慮使用功能要求和安全可靠性，積極采取各項經濟可行的節能措施，并與周圍環境相協調。

（1）電纜線路路徑應與城市總體規劃相結合，應與各種管線和其他市政設施統一安排，且應征得城市規劃部門同意;（2）電纜線路路徑應綜合路徑長度、施工、運行和維護方便等因素，統籌兼顧，做到技術可行、安全適用、環境友好、經濟合理;（3）供敷設電纜用的構筑物宜按電網遠景規劃一次建成;（4）供敷設電纜用的保護管、電纜溝或直埋敷設的電纜不應平行敷設于其他管線的正上方或正下方;（5）電纜與電纜、管道、道路、建（構）筑物等之間的最小距離，應符合現行國家標準《電力工程電纜設計規范》（GB50217-2018）表5.3.5的規定;（6）電纜跨越河流宜利用城市交通橋梁、交通隧道等公共設施敷設，并應征得相關管理部門同意。

1、電纜敷設設計

（1）直埋敷設

電纜敷設入地下壕溝中沿溝底鋪有墊層和電纜上鋪有覆蓋層，且加設保護板再埋齊地坪的敷設方式。優點：敷設方便，節省材料和人工費。缺點：維護不便，如果要維護，就需要把覆土挖開，僅建議用在不考慮維護，或能接受這種維護方式的地方。

（2）保護管敷設

電纜敷設入地下壕溝中的電纜保護管內，沿溝底鋪有墊層和電纜排管上鋪有覆蓋層，且加設保護板再埋齊地坪的敷設方式。保護管敷設的特點：電纜排管敷設對電纜的效果比直埋敷設要好，電纜不容易受到外部機械損傷，占地空間小，運行可靠;電纜敷設條數較多、道路狹窄地段，穿越公路、鐵路和建筑物時，排管敷設是一種較好的選擇。

（3）電纜溝敷設

電纜敷設入封閉式、蓋板可開啟的電纜構筑物（蓋板與地坪相齊或稍有上下）內的敷設方式。電纜溝敷設的特點：電纜溝蓋與地面平齊，可掀開溝道;電纜不容易受到外部機械損傷，占用空間相對較小。

4）隧道敷設

電纜敷設入可容納較多電纜數、有供安裝和巡視的通道、全封閉型的電纜構筑物內的敷設方式。電纜隧道敷設的特點：電纜隧道應具有照明、排水裝置，并采用自然通風和機械通風相結合的通風方式、具有防火及阻燃功能，另外還安裝有電纜在線監測裝置。電纜敷設于隧道中，外力損壞的可能性較小，對電纜的敷設、安全運行、維護十分有利。

三、電纜型式與截面的選擇

1、電纜結構

（1）電纜絕緣材料

高壓電纜絕緣材料有聚氯乙烯、交聯聚乙烯、油紙絕緣等，中高壓電纜宜選用交聯聚乙烯，低溫場所、高溫場所、人員密集或有低毒阻燃性防火要求、放射性作用場所宜選用交聯聚乙烯。

電力電纜可按絕緣材料、結構特征、敷設環境、電壓等級等進行分類，10kV～110kV電纜應優先選用交聯聚乙烯絕緣電纜。

（2）絕緣電氣性能

對10kV以上的交聯聚乙烯電纜，應選用內、外半導電與絕緣層三層共擠工藝特征的型式，其優點：防止主絕緣與半導體屏蔽以及主絕緣與絕緣屏蔽之間引入外界雜質;在制造過程中防止主絕緣、半導電層的損傷;由于內外屏蔽與主絕緣緊密結合，提高了起始游離放電電壓。

（3）電纜屏蔽

電纜導體由多根導線絞合而成，與絕緣層之間易形成氣隙，導體表面不光滑，會造成電場集中。在絕緣表面和護套接觸處也可能存在間隙，引起局部放電。導體表面加一層半導電材料，與被屏蔽的導體等電位，并與絕緣層良好接觸，稱為導體屏蔽;在絕緣層表面加一層半導電材料的屏蔽層，與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護套等電位，稱為絕緣屏蔽。

（4）電纜導體及截面

1）導體材料

電纜導體一般采用高電導系數的金屬銅、鋁制造。銅導體主要適用情況如下：高可靠性回路;振動劇烈、有爆炸危險或對鋁有腐蝕等嚴酷的工作環境;耐火電纜;安全性要求高的公共設施;工作電流較大，需增多電纜根數時。

2）電纜芯數

3～35kV供電回路，除工作電流較大的回路或電纜敷設于水下時，可選用單芯電纜外，應選用三芯電纜;110kV供電回路，除敷設于湖、海水下等場所且電纜截面不大時可選用三芯型外，可選用單芯電纜;110kV以上供電回路，應選用單芯電纜。

（6）金屬護套

電纜金屬護套（內護套）一般采用鉛和鋁，其作用在于保護電纜絕緣在敷設、運行過程中，免受外力機械損傷和各種環境因素如水、日光、生物、火災等引起的破壞，承擔徑向阻水作用，并作為接地故障短路電流流回系統中性點的有效通道，采用波紋鋁套、平板鋁套、銅套、鉛套、不銹鋼套，常用的為波紋鋁套或鉛套，以保證電纜長期穩定的電氣性能。

（7）電纜外護層

電纜外護層是保護電纜免受機械損傷和腐蝕的保護覆蓋層。其作用是防止鎧裝層和金屬護套遭受化學腐蝕，絕緣和防火的作用也十分重要，一般為非金屬材料聚合物。 PVC外護套和PE外護套是最常用的兩種非金屬外護套。

2、電纜截面選擇

電纜導體最小截面的選擇，應同時滿足規劃載流量和通過系統最大短路電流時熱穩定的要求。根據實際情況，選擇電纜截面的大小時，應首先考慮長期允許載流量;其次進行熱穩定的校核;最后考慮經濟電流密度和網絡允許電壓降。理論上，無論根據哪種方法選擇的電纜截面，都應該用其他方法去校核，亦即應根據各種方法分別求出最小截面積，然后從中選擇最大值為最終選定值。

四、結語

電力電纜線路的設計是一項系統性的網絡工程，在實際的設計過程中會受到多種外界因素的影響，且具有隱蔽性。因此，就必須要加強對電力電纜設計質量控制，保證電力電纜設計質量，保證電力電纜工作能夠順利進行。

參考文獻：

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[2]DL/T 5221-2016.中華人民共和國電力行業標準;城市電力電纜線路設計技術規定[s].北京：中國計劃出版社，2016.

[3]陳德.論輸電線路中高壓電纜設計[J].民營科技，2016（05）：45.