高壓單芯電力電纜T接對電纜金屬層接地的影響分析

王偉

【摘 ?要】分本文析了110kV高壓單芯電纜常見的三種金屬套接地方式中增加電纜T接頭時對原T接電纜金屬套接地的影響情況。提出了增加的電纜T接頭處電纜金屬套的接地設(shè)置方式。特別的對于采用交叉互聯(lián)接地方式的電纜段，本文分析了如何設(shè)置新增電纜T接頭，可以盡可能避免金屬套環(huán)流的問題。對于110kV高壓電纜線路的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】高壓單芯電力電纜;金屬套接地;電纜T接;環(huán)流

隨著國民經(jīng)濟水平的提高，我國城市的規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也逐年不斷的得到提高。由于高壓架空線路在城市中占用土地，存在電磁輻射以及影響城市景觀等原因，目前我國的大中型城市在市區(qū)內(nèi)都普遍的采用高壓電力電纜替代了高壓架空線路，使得我們的城市風(fēng)貌更加靚麗。

1 高壓單芯電力電纜T接存在的原因

由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口大量聚集的中心城市的城市配電網(wǎng)大多已經(jīng)采用110kV電壓等級。因此在中心城市內(nèi)存在著大量的110kV變電站及相應(yīng)110kV電力電纜線路。高壓電力電纜的線路通道再加上電纜本體及相關(guān)配套設(shè)施，投資遠高于相同長度的架空電力線路。在中心城市110kV變電站的110kV側(cè)接入系統(tǒng)設(shè)計中，從節(jié)約投資的角度出發(fā)，存在設(shè)置主干高壓電纜線路，并將新建變電站T接至主干高壓電纜線路的趨勢。如此做法，目的是在保證足夠電網(wǎng)可靠性的基礎(chǔ)上最大限度的節(jié)約電纜及電纜線路通道的投資。

因此，隨著我國大型城市的不斷發(fā)展，以及城市負荷密度的提高，必然需要建設(shè)越來越多的高壓電纜線路。對于電網(wǎng)投資主體的電網(wǎng)公司，由于電纜線路投資較高，使其不能只考慮可靠性，從而使得高壓電纜線路的T接不可避免。對于110kV級的高壓電力電纜無論從絕緣的角度，還是從載流量的角度都不適合生產(chǎn)制造三芯電纜，因此對于110kV等級的城市配電網(wǎng)將會更多的出現(xiàn)高壓單芯電力電纜相互T接的情況。

2 常用的高壓單芯電力電纜T接頭型式及結(jié)構(gòu)

目前定型生產(chǎn)的高壓單芯電力電纜分支接頭（T接頭）分為SF6充氣式和干式兩種。SF6充氣式分支接頭為不銹鋼密封充氣罐式結(jié)構(gòu)，電纜采用插拔式結(jié)構(gòu)，不銹鋼箱體，內(nèi)充SF6氣體;箱內(nèi)有三組在工廠中預(yù)裝調(diào)試并密封好的通用插拔座;電纜插拔頭與SF6氣體隔離，插拔時無需充/放氣體。插拔頭部分為全干式結(jié)構(gòu);箱體上裝有防爆膜、壓力密度計（有報警信號輸出功能）及充/放氣閥等裝置。干式分支接頭由外殼、絕緣主體、插拔頭（含應(yīng)力錐）、連接金具等零部件組成。外殼采用鑄鋁制造;密封圈為壓力容器專用密封圈;整個接頭為全干式結(jié)構(gòu)，其分支接頭主絕緣為高性能絕緣樹脂，采用真空澆注成型工藝與金屬保護殼整體成型，采用進口EPDM橡膠制造預(yù)制應(yīng)力錐，借助錐托彈簧支撐應(yīng)力錐與電纜絕緣、應(yīng)力錐與分支接頭主體的錐面之間緊密接合;連接金具設(shè)計為插拔式免模壓結(jié)構(gòu)。

從上面兩種類型的高壓單芯電力電纜分支接頭（T接頭）的結(jié)構(gòu)可知，無論哪種類型都存在T接的三段高壓電纜除中心導(dǎo)體外，其絕緣層、半導(dǎo)電層、金屬護套以及外護套將被剝離。如此的結(jié)構(gòu)，必然使得T接的三段電纜的金屬護套是相互獨立的。

3高壓單芯電力電纜T接頭后對原電纜線路金屬層接地的影響

根據(jù)GB50217-2018《電力工程電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》4.1.12條：“交流系統(tǒng)單芯電力電纜金屬套接地方式選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：1 線路不長，且能滿足本標(biāo)準(zhǔn)第4.1.11條要求時，應(yīng)采取在線路一端或中央部位單點直接接地;2 線路較長，單點直接接到方式無法滿足本標(biāo)準(zhǔn)第4.1.11條的要求時，水下電纜、35kV及以下電纜或輸送容量較小的35kV以上電纜，可采取在線路兩端直接接地;3 除本條第1款、第2款外的長線路，宜劃分適當(dāng)?shù)膯卧以诿總€單元內(nèi)按3個長度盡可能均等區(qū)段，應(yīng)設(shè)置絕緣接頭或?qū)嵤╇娎|金屬套的絕緣分隔，以交叉互聯(lián)接地。”

對于城市配電網(wǎng)的110kV電纜線路而言，基本不會出現(xiàn)上述規(guī)范第2款的情況，故主要有三種金屬套接地方式，即線路一端單點直接接地、線路中央單點直接接地及交叉互聯(lián)接地。

對于采用單點接地（線路一端單點直接接地、線路中央單點直接接地）方式的高壓單芯電纜而言，在線路中任意點設(shè)置電纜T接頭不會對原電纜已有接地方式造成影響，我們需要考慮的是增加電纜T接頭后主干線路工作電流提高后，電纜不接地端感應(yīng)電勢最大值是否超過50V，若超過則需采取措施防止人員接觸到電纜金屬套或其引出線。若感應(yīng)電勢最大值超過300V（可能性較小）則需將主干電纜增加分段來降低感應(yīng)電勢。對于采用單點接地方式的高壓單芯電纜被T接后的電纜金屬套接地方式變化可見下圖。

圖2中主干電纜L1和分支電纜L2在被T接前是一段電纜，T接后電纜被T接頭分隔為兩段電纜。電纜從被T接前的一段單點接地電纜（L1與L2和起來是一段單點接地），到被T接后成為兩段單點接地電纜（L1和L2分別是一段單點接地）。在圖2中我們設(shè)置了電纜中電流的流向，可以看出在電纜被T接前，主干電纜L1和分支電纜L2的工作電流是一樣的既A1，在被T接后主干電纜L1的工作電流增加為A1+A2（為兩條分支電纜電流之和），故需要對主干電纜不接地端的感應(yīng)電壓重新進行校驗。

對于采用交叉互聯(lián)接地方式的高壓單芯電纜，在線路交叉互聯(lián)區(qū)段內(nèi)進行T接將會對對原電纜已有接地方式造成影響。由于電纜被T接后將被分隔為兩段，此后形成的主干電纜段中工作電流會增加。在一個交叉互聯(lián)段中，電纜要求由三個等長的區(qū)段組成，若T接點不設(shè)在一個交叉互聯(lián)段的兩個端點附近，那么都會導(dǎo)致三個等長的區(qū)段變得不等長的情況，這必將導(dǎo)致這個交叉互聯(lián)段中的金屬套感應(yīng)電勢疊加后不平衡從而在金屬套中出現(xiàn)環(huán)流。環(huán)流會造成額外的線路損耗，增加電纜發(fā)熱，從而限制電纜的工作電流，嚴(yán)重的會導(dǎo)致電纜絕緣老化加快降低電纜壽命。對于采用交叉互聯(lián)接地方式的高壓單芯電纜被T接后的電纜金屬套接地方式變化可見下圖。

圖3中電纜被T接前L1與L2是一段電纜，L1+L2的長度與L3、L4相等，并構(gòu)成了一段交叉互聯(lián)接地區(qū)段。當(dāng)電纜在交叉互聯(lián)區(qū)段內(nèi)被T接后，由于電纜T接頭（電纜分支接頭）的結(jié)構(gòu)特點，其須把T接頭處三段電纜的金屬套引出，故在T接頭處必須設(shè)置三段電纜金屬套的直接接地點或保護接地點（經(jīng)護層電壓限制器接地）。然而T接點設(shè)置在電纜的交叉互聯(lián)區(qū)段內(nèi)，根據(jù)交叉互聯(lián)接地的特點L2段電纜的T接頭處金屬套就應(yīng)是直接接地，而L1段則可采用單點接地方式在L1段T接頭處金屬套設(shè)置護層電壓限制器，如圖4中所示。

圖4中電纜被T后原電纜重新形成的金屬套接地系統(tǒng)中，L2與L3、L4形成的新的交叉互聯(lián)區(qū)段雖然工作電流都為A1，但由于L2與L3、L4不再等長從而導(dǎo)致三段金屬套感應(yīng)電勢疊加后會出現(xiàn)不平衡電勢，進而在金屬套中產(chǎn)生環(huán)流。環(huán)流的大小取決于L2與L3、L4的不等長程度，當(dāng)T接頭設(shè)在電纜絕緣頭Y處時L2長度最小為0，此時環(huán)流最大;當(dāng)T接頭設(shè)在電纜中間頭X處時L2長度最大與L3、L4等長，此時環(huán)流為0。根據(jù)上述分析，在電纜的交叉互聯(lián)區(qū)段中設(shè)置T接頭時須經(jīng)可能的靠近這個區(qū)段的中間接頭處，從而避免環(huán)流的產(chǎn)生。

4結(jié)論

本文介紹了110kV高壓單芯電纜常見的三種金屬套接地方式及電纜T接頭的型式及結(jié)構(gòu)特征。分析了在110kV高壓單芯電纜常見的三種金屬套接地設(shè)置方式中增加電纜T接頭時對原T接電纜金屬套接地的影響，并提出了增加的電纜T接頭處電纜金屬套的接地設(shè)置方式。特別的對于采用交叉互聯(lián)接地方式的電纜段，本文分析了如何設(shè)置新增電纜T接頭，可以盡可能避免金屬套環(huán)流的問題。對于110kV高壓電纜線路的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1] 馬耀家，高海洋.電纜分支接頭在城市高壓電纜工程中應(yīng)用.第十九屆輸配電研討會論文集.

（作者單位：云南恒安電力工程有限公司）