高壓電纜設計技術及應用實踐微探

朱黎

福建宏瑞建設工程有限公司廈門分公司（361000）

高壓電纜設計技術及應用實踐微探

朱黎

福建宏瑞建設工程有限公司廈門分公司（361000）

結合某地鐵項目主變電所工程實例，針對高壓電纜設計工作中的關鍵技術要點進行分析，總結電纜型式、電纜截面、絕緣水平、電纜損耗以及電纜線路接地方式等關鍵環節的設計要點，望能夠確保高壓電纜線路安全穩定運行。

高壓電纜；設計；電纜截面；接地

0 引言

地鐵項目主變電所中電站樞紐布置位置會在很大程度上影響進出線以及聯絡線的選擇與設計方案。高壓電纜可適用于10 kV以上電壓等級系統的電力傳輸作業，在地鐵項目電力系統中有著非常重要的應用價值。大量工程實踐經驗也表明，高壓電纜設計方案以及相關設計技術的實際應用情況將在很大程度上對高壓電力系統的運行性能產生影響。故把握高壓電纜線路相關設計技術要點，并對高壓電纜在接地過程中的關鍵問題進行分析與探討，望能夠引起工作人員的關注與重視。

1 工程實例

某地鐵項目主變電所位于S市，線路全長為41.2 km，共設置11個站點。某站點線路管溝部分Ⅰ110 kV進線電氣綜合工程由廈門電力勘察設計院有限公司負責設計，由廣州地鐵設計研究院有限公司進行監理。發電機與變壓器組合采用單元接地，將發電機斷路器設置于發電機出口位置，以330 kV一級電壓接入該地區電力系統，330 kV一側采取雙母線接線方式。GIS設備與主變設備采用高壓電纜進行連接，高壓電纜線路由主變壓器平臺經專用高壓電纜線路廊道與GIS室電纜層進行連接。高壓電纜線路額定電壓等級為190/363 kV，額定工作電流為660 A，額定工作頻率為50 Hz。

2 高壓電纜線路設計技術

2.1 電纜型式設計

在高壓電纜線路設計過程中，必須充分考慮工程所處地區的環境條件、地質特點、線路敷設條件、以及防火要求等因素，對不同型式的電纜線路進行綜合比選，以得到最佳的高壓電纜線路設計型式。針對高差較大以及地下工程而言，上述場所應當優先選用低密度聚乙烯電纜型式或交聯聚乙烯電纜型式（兩者對比，針對電壓等級在35 kV以下的用電場所而言，以交聯聚乙烯電纜型式為首選方案）。除此以外，從運行性能上來看，目前交聯聚乙烯電纜線路制造工藝成熟，該型式電纜線路在熱穩定性以及熱機械性方面均較低密度聚乙烯電纜線路而言更高，因此本工程中對高壓電纜線路選型為交聯聚乙烯電纜線路型式。

2.2 電纜截面設計

在對高壓電纜線路標稱截面進行設計時，必須充分考慮高壓電纜線路允許載流量情況，同時復核短路狀態下的短時耐受電流水平。高壓電纜允許持續載流量主要受電纜線路絕緣層熱阻水平、襯墊層熱阻水平、電纜損耗系數、金屬保護套損耗系數等因素的影響，可按照如下式（1）進行計算：

該式中，θc為高壓電纜線路持續運行允許溫度最高值，θo為高壓電纜線路持續運行環境溫度；R為高壓電纜持續運行允許溫度最高值下交流電阻（單位：Ω/m），Wd為高壓電纜線路絕緣層介質損耗（單位：W/m），T1為高壓電纜線路絕緣層熱阻水平（單位：k·m/W），T2為襯墊層熱阻水平（單位：k·m/ W），T3為高壓電纜線路外護套熱阻水平（單位：k·m/ W），T4為高壓電纜線路外部熱阻水平（單位：k·m/ W），λ1為高壓電纜線路金屬保護套損耗系數，λ2為電纜鎧裝層損耗系數。

參考本主變電所高壓電纜敷設要求以及電纜線路結構特點，選擇電纜截面積為630.0 mm2，短時工作電流最大值為1 216 A。

2.3 絕緣水平設計

高壓電纜一旦發生絕緣性能故障，將會導致部分電纜乃至整根電纜報廢,造成巨大的經濟損失。因此，在電纜線路絕緣水平的設計中，應當相較于所連接電氣設備絕緣水平提高一級以上。除此以外，電纜絕緣水平設計中還應當對外護套的絕緣性能作出嚴格規定。本工程中所選用高壓電纜線路的絕緣水平參數為：額定工頻耐受電壓對應電纜絕緣水平為420 kV/60.0 min，外護套絕緣水平為24 kV/ 1.0 min，額定操作沖擊耐受電壓對應電纜絕緣水平為950 kV，額定雷電沖擊耐受電壓對應電纜絕緣水平為1 175 kV，外護套絕緣水平為62.5 kV。

2.4 電纜損耗設計

主變電所中高壓電纜損耗主要包括以下幾種類型：第一是導體損耗，第二是絕緣損耗，第三是金屬護套損耗，第四是附加損耗。由于高壓電纜線路結構以及金屬護套材料均存在一定差異，因此在電纜損耗上多有較大區別。在對比損耗時候應當以金屬護套損耗以及附加損耗為重點。本主變電所工程實例中，高壓電纜線路介質損耗為1.91 kW/km，導體損耗為15.26 kW/km，金屬護套損耗以及附加損耗合計為0.19 kW/km。

3 高壓電纜接地設計

目前，高壓電纜線路金屬保護套可采取的接地方式包括三種類型：交叉互聯接地、兩端直接接地、一端直接接地。對于主變電所而言，由于高壓電纜線路長度有限，金屬保護套上任意一點正常感應電壓多可控制在規定范圍內，因此接地方式以一端直接接地為主。在接地設計過程中應著重關注如下問題：

1）單芯高壓電纜線路金屬保護套一端直接接地情況下，另一端必須通過金屬絕緣保護器作接地處理。連接金屬絕緣保護器接地的主要目的是避免高壓電纜線路導體通過操作過電壓沖擊波或短路電流的情況下保護層感應電壓升高的問題。

2）高壓電纜線路金屬保護套直接接地點可選擇電纜線路任意一端，若線路兩端所連接電氣設備不同,在選擇接地點時必須滿足以下原則：第一，高壓電纜線路一端連接變壓器，另一端連接架空線路情況下，線路金屬保護套接地點位置應選擇在架空線與高壓電纜連接一側，同時作三相互連接地處理；第二，高壓電纜線路一端連接GIS設備，另一端連接架空線路的情況下，線路金屬保護套接地點位置應當設置于架空線與高壓電纜連接一側，同時作三相互連接地處理；第三，高壓電纜線路一端連接GIS設備,另一端連接變壓器裝置的情況下，線路金屬保護套接地點應設置于GIS設備與高壓電纜連接一側，同時作三相互連接地處理。本案例中高壓電纜應用一端直接接地方式，回流線電纜經計算選擇10/6 kV（截面240.0 mm2）電纜線路。

4 結語

高壓電纜線路在地鐵項目電力系統中的應用日益增多與頻繁。因此，在高壓電纜線路設計過程中必須參考實際情況，對電纜線路選型以及接地方案作出合理設計。

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