基于某電纜工程的大盤長電纜技術研究

蘭 亮，馮 翔

（贛州宏遠電力勘測設計院有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

目前電纜工程施工中，對于大截面電纜供電回路距離較長時，均采用分段敷設，中間接頭接續的方案實現。中間接頭的存在加大了建設投資，增加了供電系統的故障率，降低了系統運行的可靠性，所以為了減少中間接頭，在金屬護套感應電壓限值以及施工條件滿足的情況下，大盤長電纜敷設是一個較好的選擇。目前電纜敷設技術已日益成熟，但是對于特殊情況下的大盤長電纜機械敷設仍受同步問題、環境因素的限制，同時電纜盤長生產受目前制造工藝、運輸條件的制約，因此各種環境下大盤長電纜敷設仍是目前電纜敷設面臨的主要問題。

1 電纜接地方式及分盤的選擇

目前電纜敷設過程中，最難解決的還是大盤長電纜敷設問題，由于電纜盤長生產受目前制造工藝、運輸條件的限制，同時電纜盤長過長會帶來外護套感應電壓過大的問題，所以對于普通高壓110 kV電纜，一般每盤最長也就在300～700 m左右。

本文依托某工程110 kV電纜線路工程，電纜路徑長度5.6 km，電纜采用110 kV單芯銅導體、交聯聚乙烯絕緣、波紋鋁護套、阻燃防蟻高密度聚乙烯外護套電力電纜，截面為800 mm2，根據現場實際，電纜可分為9盤，采用3個交叉互聯單元，每個單元電纜包含3段電纜，最大電纜盤長為700 m。

為了減少金屬護套的損耗，提高輸送容量，對于長線路一般采用交叉互聯接地。為了降低金屬護套的感應電壓，工程上通常是將各盤電纜在連接時裝上絕緣接頭，絕緣接頭使金屬護套在電氣上分段，各段護套感應電壓由分段長度確定。

單相電纜采用交叉互聯時，每相電纜分段數采用3的倍數，每3小段組成1個大段，在絕緣接頭處將每相電纜的護套絕緣，將不同的各小段護套相互交叉連接，并在兩端直接接地。

2 單盤大長度電纜的制造

2.1 電纜的制造

電力電纜的制造主要是通過拉制、絞制、包覆三種工藝來制作完成的，型號規格越復雜，重復性越高。電力電纜制造的基本工藝流程如圖1所示：

圖1 電纜制造基本流程示意圖

大盤長電纜生產是考驗高壓電纜制造廠綜合生產實力的指征，在生產過程中需要很高的制造工藝穩定性，以及對大長度生產交貨的能力和可靠性的保證。

大盤長電力電纜的整個制造流程同一般電力電纜基本相同，但在電纜機械強度和防腐要求上有所特殊，要求電纜長度盡量延長。而大長度電纜的關鍵設備主要是由于單根電纜長度和重量所引起的，關鍵工序都將受到的收、放線設備的限制。如果要生產大長度電纜，就必須對絕緣、擠塑等工序進行收、放線設備改造，配備大承重轉盤式的收放系統。

2.2 盤長選擇及小結

本文工程中選用YJLW03-64/110kV-1×800 mm2型電纜，最大單盤盤長為700 m。根據國內現有廠家生產工藝，上述單盤盤長的電纜是能夠保證生產的。

3 單盤大長度電纜的運輸和吊裝

3.1 電纜的運輸和吊裝

常規高壓電纜在生產、裝盤、廠試完成后即運至客戶指定的工地現場。一般主要采用的運輸方式有公路運輸、鐵路運輸、水運。本節將探討目前采用常規運輸工具、方案時，高壓電纜運輸環節對電纜單盤長度的限制。

目前采用的運輸方式主要為公路平板車運輸方式，一般采用平板車，一般平板車平板高度為離地600 mm左右，電纜盤在平板車上一般順車向布置。

常規電纜盤最大盤外徑的確定

根據《公路工程技術標準》，各類等級公路在設計時，都有一個公路建筑限界的指標，有比較詳細的分類。但其數值在不同等級的公路上。

一般在高速公路上的限高標準為5.0 m，這一般是以沿線經過的隧道限高標準來限制高度。以此高度來推算，則電纜盤的高度不應大于H＝5 000 mm－600mm＝4400mm，為留有一定裕度，一般取4200mm為常規鐵質電纜盤的最大盤徑。

常規電纜盤最大寬度的確定

根據超限運輸車輛行駛公路管理規定（交通運輸部令2016年第62號）第三條規定，如下：

“第三條本規定所稱超限運輸車輛，是指有下列情形之一的貨物運輸車輛：

1）車貨總高度從地面算起超過4 m；

2）車貨總寬度超過2.55 m；

3）車貨總長度超過18.1m；

4）二軸貨車，其車貨總質量超過18 000 kg；

5）三軸貨車，其車貨總質量超過25 000 kg；三軸汽車列車，其車貨總質量超過27 000 kg；

6）四軸貨車，其車貨總質量超過31 000 kg；四軸汽車列車，其車貨總質量超過36 000 kg；

7）五軸汽車列車，其車貨總質量超過43 000 kg；

8）六軸及六軸以上汽車列車，其車貨總質量超過49 000 kg，其中牽引車驅動軸為單軸的，其車貨總質量超過46 000 kg。”

綜上，我們可以得到常規高壓電纜盤的高度限制3.2 m（4.0 m-0.6 m=3.4 m，考慮裕度）與寬度限制2.2 m（因為一般電纜盤運輸車的寬度須比電纜盤本身寬些），車貨總長度超過18.1 m，以此條件來計算常規電纜盤允許的最大電纜盤長。

在電纜盤高、寬確定的條件下，電纜盤允許的最大電纜長度和電纜的直徑有著密切的關系，主要原因是，電纜直徑越大，則對電纜盤的內徑要求越高，且電纜直徑與電纜盤上的層數有著直接的關系[1]。

電纜盤上允許的電纜盤長一般可以用以下公式來計算：

L：允許盤長，m；

D0：電纜盤內徑，mm；

D1：電纜盤外徑，mm；

D：電纜外徑，mm；

p：電纜層數（取整數）；

n：圈數（取整數）；

B：電纜盤內寬，mm。

3.2 電纜盤尺寸研究

根據目前常規110kV電纜的外徑尺寸，我們可以計算得到不同電纜盤允許的最大電纜盤長，詳見表1、表2。

表1 Φ3200電纜盤允許裝盤量及重量表

表2 Φ4000電纜盤允許裝盤量及重量表

3.3 電纜盤長尺寸選擇及小結

從表1、表2中可以看出，3.2 m～4.0 m外徑的電纜盤允許電纜長度逐漸增加，且由于電纜外徑的關系，不同截面電纜最大長度均不一致。李交白I、II線雙回破口至青云譜變110 kV線路工程中選用YJLW03-64/110 kV-1×800 mm2型電纜，最大單盤盤長為700 m。根據計算，選用3 200 mm電纜盤即能滿足吊裝及運輸要求。國內常規公路能滿足運輸條件，無需采用特殊運輸條件。

4 單盤大長度電纜的設計

4.1 概述

大盤長電纜在設計時，必須要考慮的一個問題就是護套感應電壓的限制。根據電力工程電纜設計規范（GB50217—2007），未能采取有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50 V；當采取能防止人員任意觸及的安全措施時，不得大于300 V。

4.2 模型的計算和分析

正常運行時，根據《電力工程電纜設計標準》GB 50217—2018附錄F交流系統單芯電纜金屬層正常感應電勢算式:

交流系統中單芯電纜線路一回或兩回的各相按通常配置排列情況下，在電纜金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢值，可按下式計算：

按正常輸送容量120 MVA，I=630 A，計算見表3：

表3 電纜金屬層非直接接地處正常感應電壓值

本節通過理論和110 kV輸變電工程實例計算電纜的護套感應電壓，本工程電纜在最大盤長700 m以下，感應電壓均滿足規劃要求。

4.3 電纜感應電壓計算及小結

本文工程中選用YJLW03-64/110 kV-1×800 mm2型電纜，最大單盤盤長為700 m，采用單端接地型式。根據計算，選用該長度下，電纜感應電壓在300 V之下，能滿足規程規范要求。

5 單盤大長度電纜的敷設

大盤長電纜在敷設時，由于電纜總重量大，在敷設時需要較大的牽引力，故在設計該類線路時需要計算電纜的牽引力是否超過允許值。故課題對大盤長電纜敷設進行分析，通過軟件計算，選取合理的牽引方式、位置，來滿足大盤長電纜的敷設需要。

5.1 模型建立

本報告采用道亨電纜牽引力計算程序進行計算。計算原理采用《城市電力電纜線路設計技術規定》中附錄A 牽引力和側壓力的計算中的計算公式進行計算。模擬現場環境計算電纜側壓力和牽引力。

計算公式1~12中的各參數含義如下

T—牽引力，N；

T1—彎曲前牽引力，N；

T2—彎曲后牽引力，N；

μ—摩擦因數；

W—電纜單位重量，N/m；

L—電纜長度，m；

R—電纜的彎曲半徑，m；

θ—彎曲部分的圓心角，rad；

θ1—電纜作直線傾斜牽引時的圓心角，rad；

α—電纜彎曲部分的傾斜角，rad；

P—側壓力，N或N/m；

D—管道內徑，mm；

d—電纜外徑，mm；

在實際工程中，根據電纜的敷設型式，常見的敷設又可歸類為直埋、排管、頂管等數種型式，它們各自具有相似的路徑和摩擦系數。

5.2 模型的計算和分析

本文電纜線路工程中選用YJLW03-64/110 kV-1×800 mm2型電纜，共分9段。本文針對工程敷設條件最惡劣段進行分析。

最大單盤盤長為700 m，在排管中電纜長度約620 m、拉管中長度約80 m。電纜盤放置位置分別考慮設在終端登桿處和220 kV姚北站口，計算電纜最大牽引力和側壓力。

5.2.1 電纜參數詳見表4：

表4 電纜參數表

5.2.2 計算

敷設種類：一孔一條

電纜每米重力:135.3 N/m電纜盤的摩擦力按多長的電纜重量計：10 m

整個線路分為13段

1）第1段：

彎曲類型：水平直線牽引

求得：T=6 497.11 N

不產生側壓力。

2）第2段：

彎曲類型：水平彎曲牽引

132.594 N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.7 rad

求得：T=8015.34 N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=3816.83 N/m。

3）第3段：

彎曲類型：水平直線牽引

求得：T=11 993.2 N

不產生側壓力。

4）第4段：

彎曲類型：水平彎曲牽引

求得：T=13 892.3 N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=6 615.39 N/m。

5）第5段：

求得：T=21 848 N

不產生側壓力。

6）第6段：

彎曲類型：水平彎曲牽引

132.594 N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.37 rad

求得：T=24 412.8N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=11 625.1N/m。

7）第7段：

彎曲類型：凹曲面上的垂直牽引上

公式：（垂直牽引.凹曲面.上）已知：W=132.594N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.31 rad，α=0 rad

求得：T=26 792.1 N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0（mm），d=0（mm）

求得：P=12 758.1N/m。

8）第8段：

彎曲類型：水平直線牽引

求得：T=30 372.1 N

不產生側壓力。

9）第9段：

彎曲類型：凹曲面上的垂直牽引下

（垂直牽引.凹曲面.下）已知：W=132.594 N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.31 rad，α=0 rad

求得：T=33 332.3 N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0mm，d=0mm

求得：P=15 872.5 N/m。

10）第10段：

彎曲類型：水平彎曲牽引

求得：T=38 035.7 N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=18 112.2 N/m。

11）第11段：

彎曲類型：水平直線牽引

不產生側壓力。

12）第12段：

彎曲類型：水平彎曲牽引

求得：T=45 946.6 N

產生側壓力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=21 879.3 N/m。

13）第13段：

彎曲類型：水平直線牽引

公式：水平直線牽引）已知：L=90 m，W=135.3 N/m，μ=0.3

求得：T=49 526.6 N

不產生側壓力。

5.2.3 結論

綜上，本工程大盤長電纜在敷設時，牽引力和側壓力即能滿足敷設需求。

6 結語

隨著城市輸電線路工程中電纜工程的比例越來越高，電壓等級也在不斷提高，高壓長距離電纜項目也已經出現。電纜線路在電網中的數量及重要性將越來越高。因此，在現階段，合理降低電纜工程造價、提高電纜工程的設計、施工質量對提高資金使用效率，提高電網可靠性具有重要意義。

本文工程采用大長度電纜盤長技術，700 m段電纜可采用交叉互聯接地型式，感應電壓及牽引力能滿足規程規范要求[2]。大長度電纜盤長技術能取消或減少電纜工程中電纜中間接頭的使用，加快電纜工程施工進度，降低工程造價，改善工程質量，提高電力系統運行的可靠性，降低故障率，提高供電質量，其經濟效益和社會效益顯著，具有廣泛的推廣應用前景。