探討電氣專業在高壓電纜線路設計中的技術問題

山西明卓勘測設計有限公司 韓清

1 引言

隨著我國城市化進程加快，電力供應顯得越來越重要，尤其是服務城市建設，高壓電纜線路起到關鍵作用。本文立足線路電氣專業，對高壓電力電纜線路設計中的關鍵技術進行分析，為相關設計人員在具體的工程中提供參考，減少后期施工難度，減少突發情況，提高安全運行可靠性，降低運行事故風險。

2 電力電纜通道選型原則

考慮電纜載流量問題，220kV 及以上電纜線路應采用隧道方式敷設，重要的變電站進出線、回路集中區域、電纜數量較多情況宜采用隧道型式。過路、重型車輛通行等區域不應采用直埋型式，必須嚴格控制非開挖定向鉆技術的應用，如果載流量計算滿足要求，并且業主單位同意使用該技術，宜采用注漿方式包封加強。

3 電力電纜通道建設原則

3.1 通用要求

電纜管溝應與道路建設有序結合，同步進行。電纜通道的路徑選擇，除應符合相關規范規定外，還應該滿足城市道路網規劃的總體要求。電纜通道在道路下方的規劃位置，宜布置在人行道、非機動車道及綠化帶下方。設置在綠化帶內時，工作井出口處高度應該高于綠化帶地面300mm。電纜通道滿足電纜彎曲半徑要求，轉角進行圓弧過渡處理。電纜通道井蓋符合相關規范要求，具有防水、防盜、防滑、防墜落等功能，并設置二層子蓋。電纜通道內所有鐵附件均應熱鍍鋅處理且方便安裝、表面平滑，滿足機械強度和耐久性的需求[1]。

3.2 排管建設原則

電纜排管均應混凝土全包封防護，排管的工作井設計為鋼筋混凝土結構，使用年限不應低于50年。敷設單芯電纜的管材選用非鐵磁性材料。工作井頂蓋板處設置2 個安全孔，安全孔內徑應不小于900mm，工作井設獨立的接地裝置，接地電阻不大于10Ω。

3.3 隧道建設原則

電力隧道采用單側支架設計，通道不小于900m，支架應采用雙側設計，通道不小于1000mm。電纜隧道內需形成環形接地網，變電所進出線電力隧道接地網應與變電所接地網兩點及以上相連接，接地裝置的接地電阻應小于5Ω，綜合接地電阻應小于1Ω，隧道工作井的人孔內徑不應小于900mm。

4 變電站電纜出線及廊道規劃注意事項

對太原地區某220kV 變電站施工圖審查階段，核查站內電纜出線路徑，發現兩回電纜線路沒有按照就近隧道出線原則規劃，造成兩回220kV電纜交叉，為后期運行維護制造困難，也有安全隱患。為避免以后設計事故發生，變電專業應該合理規劃站內電纜線路敷設路徑，積極與線路專業溝通規劃成果，內部校審完成之后，簽訂好圖紙，最終避免電纜線路交叉。

對本項目220kV 變電站核查出線廊道規劃情況，發現多條并行的電纜隧道轉彎半徑無法滿足規范要求，可能導致后期敷設電纜造成安全隱患，原變電站出線隧道情況如圖1所示。為了避免該設計事故發生，在規劃變電站出線廊道時，應該根據隧道敷設最高電壓等級電纜，設計轉彎半徑，按照實際比例作圖，避免出線廊道規劃錯誤，為后期敷設電纜提供安全運行條件[2-3]，修改后的變電站出線隧道情況如圖2所示。

圖2 修改后的變電站出線隧道情況

5 電纜在管溝中敷設位置注意事項

某220kV變電站，階段踏勘現場已經管溝，涉及過排洪渠的拉管規模滿足本期兩回電纜敷設要求。待初設階段再次核查現狀管溝，發現過河拉管只剩下2 孔，被其他電纜占用了6 孔，規模不滿足要求。前期辦理協議沒有明確電纜敷設孔位，造成項目退回可研，重新設計。為了避免以后該設計事故發生，線路電氣專業在可研階段，應該把電纜在管溝中敷設位置明確，產權單位是供電局的，需要將電纜敷設位置圖蓋章后上報發展策劃部備案。產權非供電局，需要辦理路徑協議，協議中明確電纜敷設位置。原路徑和新建對比如圖3所示。

圖3 原路徑和新建對比

6 電纜截面選型注意事項

按照陜西地區審查項目經歷，一座330kV變電站按照系統要求，采用兩回110kV 電纜線路出線，項目全線采用隧道、綜合管廊、橋架、拉管敷設。敷設條件比較復雜。

結合《接入系統方案設計》總體設計對110kV供電線路供電能力的要求，本工程新建110kV電纜線路的載流量應該滿足本遠期共計139.6MW（依據用戶提供資料，一期、二期需要系統提供最大負荷分別為39.6MW、100MW）負荷的用電需求，考慮功率因數0.9。然后依據如式（1）所示：

求得Ⅰ=814A。

式（1）中：Ⅰ為電流；U為電壓；P為有功功率；cosφ為功率因數。

則所選110kV 導線的載流量不應低于814A，本工程新建110kV線路采用全電纜導線，根據某電纜廠家的電纜參數。

不同截面的銅導線載流量見表1。

表1 不同電纜截面對應載流量

由研究結果可以看出，本項目的電纜選型存在兩個問題。一是電纜載流量只參考廠家提供的數據未進行驗算，忽視電纜敷設方式、環境條件以及多回路同路徑敷設的影響。二是因為電纜運行過程會發生發熱現象，不同環境的熱阻也是不同的，熱阻的不同，會影響電纜的散熱，然后對電纜的載流量產生影響。

為了避免以后同類型設計問題發生，在項目接入系統階段，應該做好相關工程的系統報告分析，明確導體截面選擇需要滿足的最小載流量。然后由線路電氣專業通過專業的計算軟件，對相關項目的電纜線路各種敷設條件，建立計算模型，針對特殊敷設方式、環境條件、敷設電纜的數量等計算出電纜載流量，然后反推是否滿足本工程系統報告要求的最小載流量。

7 太原地區常用電纜敷設方式選擇

太原地區常用的電纜敷設方式有排管敷設、電纜隧道敷設。具體如下：

一是排管敷設方式。將電纜穿入地下已建成的管道中的電纜敷設方式，排管敷設方式具有很多優點，即排管方式施工快、開挖的工作坑小、硬化路面狹小位置、地下管線密集地區、可以在道路車流量大的位置使用等，排管敷設方式可以減少工程造價。由于穿管敷設方式對電纜散熱條件較差，對電纜傳輸能力影響很大。所以，一般110kV及以下電壓等級線路采用排管敷設方式。

二是電纜隧道敷設方式。將高壓電纜安裝在隧道內的敷設方式，根據國家電網公司的企業標準要求，考慮電纜和隧道的在線監測裝置。但是隧道施工不容易，隧道的工程造價很高。但是電纜隧道敷設方式對電纜的檢修方便，且隧道防塵、防水及防盜性能好，電纜散熱條件好，幾乎不影響電纜傳輸能力。110kV 及以上高壓線路、回路數較多的電纜采用該種隧道敷設。

8 電纜排列方式選擇

高壓電力電纜線路通常選用的排列方式有品字形接觸排列、品字形非接觸排列、水平排列、垂直排列等方式。

高壓電纜采用品字形接觸排列，三相電纜中每一相電纜的金屬套上的感應電勢是相等的，并且三相電纜接觸著，占據隧道空間較小，敷設方便，但電纜發生故障后，檢修電纜難度較大，靠隧道壁側電纜需要帶電移動，且相互間散熱條件較差，對電纜傳輸能力稍有影響。在電纜管溝空間有限的情況下，電纜回路數較多的時候，能夠滿足電纜載流量要求的情況下，選用品字形接觸排列敷設方式。

電纜線路品字形非接觸排列時，三相電纜中每一相電纜的金屬套上的感應電勢相等，這三相高壓電纜之間的距離大概有200～600mm，電纜占用隧道內的空間大，但是電纜敷設方便，在電纜發生故障時，其他相鄰兩相電纜一般不受影響，相互間散熱條件較好，影響電纜傳輸能力較小。在電纜管溝空間富裕情況下，電纜回路數較小，選用品字形非接觸排列敷設方式。

電纜線路水平排列時，排列在中間的那相電纜的金屬套上的感應電勢最小，排列在兩邊電纜的金屬套感應電勢大約是中間電纜的1.5倍。這種排列方式占用電纜空間的寬度，但是這種電纜敷設方便，在電纜發生故障時，其他相鄰電纜不受影響，相互間散熱條件較好，不影響電纜傳輸能力。通常情況下，電纜管溝寬度富裕情況下，電纜回路數較多，選用該種敷設方式。

電纜線路垂直排列時，三相電纜之間的距離大，占據隧道垂直空間大，但是電纜敷設方便，在電纜發生故障時，其他相鄰電纜不受影響，相互間散熱條件較好，不影響電纜傳輸能力。通常情況下，電纜管溝高度富裕，寬度不夠，電纜回路數較少的時候，選用垂直排列敷設方式。

9 結語

線路電氣專業在電纜線路設計中，按照以上原則和注意事項，對高壓電纜項目的從前期路徑規劃、導體截面選擇、管溝敷設方式選型等，可以避免因設計人員考慮不周到而發生的設計質量問題，確保電網安全穩定運行，減少故障發生率。