關(guān)于高壓電力電纜設(shè)計(jì)技術(shù)的研究

摘要：高壓電力電纜的設(shè)計(jì)是電力設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵部分，只有將電纜的設(shè)計(jì)技術(shù)研究透徹，才能使電力事業(yè)擁有更好的發(fā)展。就高壓電力電纜的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)出了一些關(guān)鍵因素，以期為完善相關(guān)工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：高壓；電纜設(shè)計(jì)；接地方式；技術(shù)研究

作者簡(jiǎn)介：阮勇（1981-），男，安徽合肥人，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院，工程師。（安徽 合肥 230601）

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）33-0235-02

某新建撮鎮(zhèn)變至冷板變電纜線路所經(jīng)地區(qū)地下管網(wǎng)密集，該路段為市區(qū)繁華地段，含原有水管、高壓電纜、有線電視管線、通訊管線、煤氣管等等。為了更好地設(shè)計(jì)出電力電纜，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合運(yùn)行維護(hù)、投資以及施工等，設(shè)計(jì)出一套科學(xué)合理的方案。本文主要是根據(jù)電力電纜設(shè)計(jì)原則對(duì)范例進(jìn)行分析和探討。

一、電纜型式與截面的選擇

根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高壓電纜選用導(dǎo)則》，對(duì)于那些需保持連接、具有高可靠性回路的電力電纜應(yīng)采用銅芯。考慮本工程需將電纜敷設(shè)在管中或細(xì)沙中，當(dāng)?shù)販厝?0℃，埋深取1.0m，土壤熱阻系數(shù)取2.1K·m/W，電纜水平排列間距為0.225m時(shí)，此時(shí)選用的銅導(dǎo)體電纜為XLPE-800mm2，這時(shí)雙回路敷設(shè)時(shí)每相的最大載流量將會(huì)達(dá)到690A左右，因此，本工程主要采用交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電力電纜（單芯）。

當(dāng)選用此電纜型號(hào)后，本線路的輸送容量將達(dá)到13萬(wàn)千伏安，完全滿足輸送容量的要求。系統(tǒng)輸送容量決定高壓電纜截面大小和線芯材質(zhì)的選擇。電纜載流量的大小計(jì)算比較復(fù)雜，因?yàn)樗粌H僅與纜芯結(jié)構(gòu)及截面有關(guān)，還與護(hù)層的接地方式、敷設(shè)方式及電纜的布置有關(guān)，因此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，一般可以直接將電纜制造廠所提供的載流量作為設(shè)計(jì)依據(jù)。[1]

二、電纜的分段及護(hù)層的接地方式

電纜的分段需要綜合多方面因素來(lái)考慮，電纜的段數(shù)一般都是3的倍數(shù)，但其需要根據(jù)電纜周圍的地理環(huán)境合理選擇接頭工井的位置以及護(hù)層感應(yīng)電壓的大小。在完成分段之后就需要將護(hù)層進(jìn)行交叉互聯(lián)連接。[1]

電纜運(yùn)行數(shù)值與負(fù)荷電流和電纜長(zhǎng)度成正比，但是電纜在正常運(yùn)行情況下需要在鋁護(hù)套上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其PVC外護(hù)套（電纜外護(hù)套）要耐受這感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)感應(yīng)電勢(shì)比較高就會(huì)造成電纜外護(hù)套絕緣損壞，導(dǎo)致多點(diǎn)接地，此時(shí)電能損耗會(huì)隨著鋁護(hù)套上的感應(yīng)環(huán)流增大而增加，電纜上的溫度也隨之會(huì)增高，電纜輸送容量則會(huì)降低。為了讓電纜運(yùn)行時(shí)達(dá)到最經(jīng)濟(jì)最安全的目的，就需要將鋁護(hù)套上的感應(yīng)電勢(shì)控制在安全值范圍之內(nèi)，并盡可能減少電纜鋁護(hù)套上的環(huán)流損失，此時(shí)就需要采用交叉互聯(lián)連接的接地方式并將其進(jìn)行分段。[2]電纜護(hù)層接地方式有很多種，本文重點(diǎn)介紹的是本工程所選取的護(hù)層接地方式：

（1）三相護(hù)層交叉互聯(lián)兩端接地。它主要是用于電纜的線路比較長(zhǎng)而其中一端接地不能滿足要求時(shí)。

（2）三相護(hù)層一端接地（或兩端）經(jīng)接地保護(hù)器接地，其中另一端（或中間一處）互聯(lián)接地。

（3）三相護(hù)層兩端分別并聯(lián)接地。

護(hù)層接地方式的選擇需要科學(xué)合理，因?yàn)樗暮侠磉x擇不僅可以降低電纜及線損絕緣層的老化，還能保證整條線路安全可靠運(yùn)行。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，不能完全劃分出一個(gè)交叉互聯(lián)單元的3段電纜，但只要各段之間的相差長(zhǎng)度在15%之內(nèi)還是可以的。當(dāng)單根電纜長(zhǎng)度小于800米時(shí)，一般是不需要分段的。[3]

三、電纜護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算

計(jì)算電纜正常工作時(shí)護(hù)層感應(yīng)電壓，需要參照《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》表17-52進(jìn)行。由于篇幅有限，本文就不在此詳細(xì)列舉計(jì)算過(guò)程了。

四、電力電纜的敷設(shè)

常用的電力電纜敷設(shè)方式主要有五種：排管、電纜橋架、電纜隧道、電纜溝以及直埋等。為了保證電力電纜能順利通過(guò)，電力電纜敷設(shè)的選擇就不僅僅要科學(xué)合理，而且還需要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。如果電纜路徑比較長(zhǎng)，那么此時(shí)的電纜敷設(shè)就可以采用多種方式組合。[4]

本工程一般的電纜溝槽均采用的是隱蔽式設(shè)計(jì)，但撮鎮(zhèn)變出口除外，它主要采用的是磚砌電纜綜合溝。一般的磚砌電纜溝槽是在人行道及綠化帶下，在敷設(shè)好電纜之后再將原有的土進(jìn)行回填，恢復(fù)到原有綠地。其中在設(shè)計(jì)蓋板時(shí)所考慮的商業(yè)堆載為1t/m2，溝槽蓋板采用的都是預(yù)制鋼筋混凝土蓋板。蓋板設(shè)計(jì)荷載應(yīng)隨著局部荷載的增加而增加，例如局部地段鋪人行道方磚。電纜頂管處兩端和過(guò)路埋管的地方需要設(shè)置工井，在完成敷設(shè)之后需要在工井內(nèi)充沙。工井采用預(yù)制梁板結(jié)構(gòu)，磚砌井溝壁，活動(dòng)頂蓋，一般情況下是不行車，只考慮行人。[4]本工程電纜在通過(guò)主干道路時(shí)，穿越方式采用的是導(dǎo)向鉆進(jìn)非開挖鋪設(shè)MPP電力電纜護(hù)套管的方法，這主要是因?yàn)槭姓辉试S進(jìn)行封路和大開挖埋管作業(yè)；如果是通過(guò)非主干道時(shí)，采用的就是破路開挖埋管。

五、高壓電纜及其附件的布置與安裝

1.電纜排列方式

單芯電纜三相排列一般可以分為三種排列方式：等邊三角形、垂直排列、水平排列排列。等邊三角形排列三相對(duì)稱。而垂直和水平排列三相都存在阻抗不對(duì)稱、互感不等的問(wèn)題，故線路較長(zhǎng)時(shí)需換位。等邊三角形排列一般很少采用，主要是因?yàn)槭┕るy固定等其他因素。垂直或水平排列一般是用在電纜溝、排管、直埋等長(zhǎng)距離敷設(shè)方式下。[4]

2.固定要求

（1）在斜坡或垂直的高位側(cè)，應(yīng)該要有大于2個(gè)或者2個(gè)以上的剛性固定。

（2）電纜上的轉(zhuǎn)彎、終端或接頭處緊鄰部位，至少要有1個(gè)剛性固定。

（3）電纜蛇形敷設(shè)的每一個(gè)節(jié)距部位，應(yīng)該用撓性固定。而蛇形轉(zhuǎn)換成直線敷設(shè)的過(guò)渡部位，則需要用剛性固定。

3.電纜保護(hù)管

C-PVC保護(hù)管、玻璃鋼管是電纜保護(hù)管中通常采用的兩種保護(hù)管。選擇電纜保護(hù)管時(shí)，需要滿足一定的使用條件，滿足所需的機(jī)械耐久性和強(qiáng)度的要求。對(duì)于一些特殊的情況，不得使用未分隔磁路的鋼管，比如說(shuō)使用交流單相電纜以單根的形式穿管時(shí)。

4.電纜支架的特殊要求

對(duì)于電纜支架的材質(zhì)是有要求的，一般情況下要求鋼制，但當(dāng)單相工作電流較大時(shí)，比如說(shuō)交流單相大截面電纜工作電流達(dá)到1450A時(shí)，就會(huì)損壞鋼制電纜支架，造成鐵損。這就不能再使用鋼制的電纜支架。目前在國(guó)內(nèi)外玻璃鋼化電纜支架的使用也變得比較普遍，此支架的強(qiáng)度和鋼制支架相比相差不大，但有極強(qiáng)的無(wú)電能損耗、耐腐蝕功能。[5]

5.電纜附件布置及安裝

（1）電纜中間接頭。電纜中間接頭一般采用的是整體預(yù)制，它的接頭可以分為兩種：直通中間接頭和絕緣中間接頭，這兩種接頭的外殼都是玻璃鋼，可防水。一般在電纜接頭的地方都設(shè)置了專用的電纜接頭工井。接頭工井一般規(guī)格是20米或10米長(zhǎng)，主要是方便電纜的蛇形敷設(shè)和伸縮安裝。一般電纜接頭首先是放在沙袋上固定，在完成施工作業(yè)之后再充沙填埋。

（2）電纜終端的選擇與連接。電纜終端一般可以分為三種：干式硅橡膠終端、瓷套式終端以及GIS終端。這三種終端方式運(yùn)用的地方也不同，其中干式硅橡膠終端一般是用在架空線路與電纜相連接時(shí)電纜上鐵塔，此時(shí)就需要采用合理的固定方式固定好終端和電纜，通常采用的方式就是首先用絕緣子串將電纜終端拉直之后再將其固定在鐵塔橫擔(dān)的中間。瓷套式終端一般是用在敞開式變電站進(jìn)線構(gòu)架的地方，而GIS電纜終端則是用在GIS變電站內(nèi)。目前我國(guó)電纜T接頭使用技術(shù)還不夠成熟，如果幾回電纜線路需要T接時(shí)，那么就可以直接建一個(gè)T接房，然后用干式硅橡膠終端或?qū)Ь€將瓷套式終端進(jìn)行T接。為了防止導(dǎo)線的動(dòng)力使硅橡膠終端彎曲，損壞電纜終端和造成安全事故，在使用干式硅橡膠終端進(jìn)行T接時(shí)，就需要采用硬連接方式。[6]

（3）避雷器的選型及安裝。避雷器的選型需要根據(jù)工程實(shí)際情況和避雷器的選型相關(guān)規(guī)定來(lái)選擇，在鐵塔和高壓?jiǎn)涡倦娎|相連接的地方一般都需要裝設(shè)避雷器。

六、電纜防火阻燃說(shuō)明

第一，在變電站電纜豎井出線出口，各樓板、墻體、圍墻出口處以及溝道出口處等電纜引出口采用防火堵料封堵。

第二，將防火堵料封堵在變電站電纜豎井出線出口，此外，還需要將防火材料涂刷在孔口兩端的電纜各大于2米的區(qū)段，其中涂刷需要分3～4次涂刷，其厚度則需要大于1mm。

第三，選用的電纜通常防水性能比較好，其中聚乙烯（PE）護(hù)套是防水性能最好的，為了更好地阻燃，還需要選用埋沙的方式進(jìn)行防火。

第四，將防火涂料涂刷在并列鄰近的其他電纜上以及其中間接頭兩側(cè)各3米區(qū)段內(nèi)。

第五，將防火堵料封堵在電纜穿越各保護(hù)管管口處。

七、結(jié)束語(yǔ)

要做好高壓電力電纜的敷設(shè)設(shè)計(jì)，一定要重視文中提到的一些關(guān)鍵因素，否則便不能達(dá)到好的效果，甚至?xí)?lái)一定的安全隱患。只有做到嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)把關(guān)，才能確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋鋼.綜述高壓電力電纜設(shè)計(jì)[J].硅谷，2011，（10）：35，73.

[2]孫靜.高壓電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2012.

[3]卞佳音.高壓電力電纜故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[4]葉國(guó)文.110kV及以上高壓電纜線路的接地系統(tǒng)[J].廣東科技，2010，（16）：92-94.

[5]羅江，朱紅艷.論單芯電纜線路接地系統(tǒng)的處理[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，（31）：238-239.

[6]DL/T 5221-2005，城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].2005.