110kV電纜線路護層接地方式及保護分析

胡 斌 鄭文進

（1.杭州鴻晟電力設(shè)計咨詢有限公司 2.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司）

0 引言

社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，逐漸擴大了經(jīng)濟規(guī)模，人們的用電需求不斷增加。為了滿足社會發(fā)展需求，我國不斷提高電網(wǎng)改造速度，投入使用110kV 電纜電網(wǎng)之后，有利于減少自然條件造成的電量損失。但是110kV 電纜線路利用單芯線纜，因此電壓很容易影響到護層性能，如果接地方式不合理，將會引發(fā)過電壓問題，并且會形成環(huán)流，引發(fā)電纜腐蝕問題，減少110kV 電纜線路使用壽命。如果停電開展維修工作，將會造成較大的損失，因此需要科學的分析110kV 電纜線路護層接地方式及保護措施，在最大程度上減少上述問題。

1 110kV 電纜線路現(xiàn)狀

社會主義市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，大量的居民進入了城市，從而推動了城市化發(fā)展。而目前的供網(wǎng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)代城市的發(fā)展，要求我國對電力系統(tǒng)進行全面的變革，必須要對現(xiàn)行的供網(wǎng)進行重新配置，才能滿足人們的用電需要。目前各大城市的電力企業(yè)都在認真地進行著這項工作，許多企業(yè)也都在按照自己的規(guī)劃去做，并收到了一定的成效。大部分企業(yè)都選擇了拋棄原有的電纜線路，轉(zhuǎn)而使用110kV 電纜［1］。110kV 電纜有一些優(yōu)點，這些優(yōu)點在常規(guī)電力線中是不可比擬的，如下所示：

第一，110kV 電纜的使用時間要比以前的電纜更久，同時縮短了更換線纜的時間，為電力企業(yè)節(jié)省了電力供應(yīng)的費用；第二，常規(guī)的電纜在惡劣氣候等惡劣環(huán)境下正常運行的可能性很小，110kV 電纜在惡劣環(huán)境下適應(yīng)性比較強；第三、環(huán)境友好、清潔、不破壞整個城市的總體面貌。

110kV 電纜具有以上諸多優(yōu)點，深受廣大用戶的歡迎。但是也要認識到110kV 電纜存在的缺陷：因為110kV 電纜是單芯的，所以在運行中如果沒有正確地進行防護，就會造成更大的事故；在高壓下，護層很可能會被擊破，導致電能的損失，甚至有可能危及到人類的安全。所以，要想大規(guī)模地普110kV 電纜，就需要解決這個問題［2］。

2 110kV 電纜線路護層常用接地方式

2.1 單端接地

當電纜的線路長度在500 m 以下時，一般都是采用電纜金屬護套，將一端直接接地，將另一端經(jīng)過非線性的電阻保護器，進行間接接地，使金屬護套對處于絕緣，避免出現(xiàn)回路問題。110kV 高壓單芯電纜金屬護套接地方式如下圖：

110kV 高壓單芯電纜金屬護套接地處理方式示意圖

2.2 交叉互聯(lián)

將電纜線路分成多個大段，然后將每一個大段又分成等效的多個小段，在每一個小段之間，通過使用絕緣接頭，使得各小段之間可以相互聯(lián)系，而在絕緣接頭上的金屬護套三相間，則是使用同軸電纜，通過接地箱連接片進行換位連接，另外針對絕緣接頭，應(yīng)該做好接地箱的安裝。此外還需要安裝護層保護器，對各大段而言，其兩端相應(yīng)的護套必須要實現(xiàn)互聯(lián)接地［3］。

2.3 護套兩端接地

對于電纜線路，當距離比較近，而且傳遞功率較低，那么金屬護層的感應(yīng)電壓比較小，所引起的損失比較小，因此不會太大地影響到載流量。當護套發(fā)生中點接地，實際為單端接地。對于電纜線路，在距離較遠的情況下，必須在電纜線路中使用金屬護套進行接地，在電纜的兩端要進行對地絕緣，并且需要合理配置護層保護器。

2.4 電纜換位簡述護套交叉互聯(lián)

如果金屬護套有交叉互聯(lián)，則應(yīng)該使用三相電纜來確保連續(xù)換位，這樣三相電纜即使不是以水平的方式排列，也可以通過每一小段的換位來完成每一大段的全換位，使得感應(yīng)電壓的相量之和為零，即表示基本沒有環(huán)流。但是這種連接只能在電纜換位空間中使用和發(fā)展。

2 電纜單相接地故障情況下金屬護層感應(yīng)電壓計算舉例

因為二相及三相短路時，短路電流并不通過地面，返回的路線很短，所以短路電流在保護層上產(chǎn)生的電壓很低，并且保護層不接地的端部所產(chǎn)生的對地電壓不會受到地網(wǎng)地阻抗的影響，所以這兩種情形都要好于單相接地的短路。這就是說，通常情況下，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，護套和保護器所受到的最高電壓會發(fā)生，尤其是在短路電流較大或地網(wǎng)接地電阻較大時，會使用單端接地的方法。當發(fā)生單相接地故障時，該系統(tǒng)的過壓可達25kV。這樣的過電壓對電纜外包和外包保護裝置都是不利的。因此，要想辦法減小在金屬護套兩端上的感生電壓。

以一回110kv 電纜線路發(fā)生單相接地為例，計算其護層感應(yīng)電壓。故障相護套電壓計算公式為：

式中，R為接地電阻，Rg為大地電阻，Rs為電纜金屬護套半徑，L為電纜護套長度，D為地中電流穿透深度，Id為單相接地故障電流。

從以上公式和計算可以看出，當接地電阻只為0.2Ω，單相接地電流為7000A 時，單端接地的長690m 的電纜金屬護層上的縱向感應(yīng)電動勢可以達到接近3V，地電位上升部分可以達到1638V。因此，110kv 的電纜線，必須將它的地阻降至極低。在一定范圍內(nèi)，感應(yīng)電壓與地電流大小呈正比關(guān)系，地電流越大，其保護層的電壓就越高。

3 110kV 電纜線路護層保護措施

3.1 規(guī)劃設(shè)計110kV 電纜通道

為了實現(xiàn)護層保護的高質(zhì)量，在架設(shè)電纜通道的過程中，需要科學規(guī)劃和設(shè)計優(yōu)化各方面。在架設(shè)電纜通道時的時候，地形和地質(zhì)條件會直接影響到工程質(zhì)量，因為在規(guī)劃和設(shè)計過程呢個匯總需要綜合考慮這些因素，保證工程符合電纜埋設(shè)的要求。在規(guī)劃電纜通道的時候，不能選擇地形低洼的位置，以免地勢過低引起的積水，如果發(fā)生積水問題將會影響護層保護效果。此外也不能在有隱患和施工區(qū)域中安裝，以免發(fā)生破壞。如果地區(qū)存在白蟻災害，不僅防水、防腐和防火等工作，還要注重防蟻工作，以避免造成損害。

3.2 強化實驗計算

因為110kV 電纜線路是一種單芯電纜形式，因此電纜線路內(nèi)部電壓會直接影響護層安全性。為了有效保護護層，保障電纜線路運行的穩(wěn)定性和可靠性，在電纜線路架設(shè)之前需要通過實驗計算，確定電纜荷載電壓，結(jié)合試驗電壓科學設(shè)計護層。總之通過實驗計算可以對護層的可靠性進行評估，保證護層可以抵抗電纜內(nèi)部電壓荷載。

3.3 做好護層感應(yīng)電壓的設(shè)計和驗算

通過護層感應(yīng)電壓，可以對護層運行狀態(tài)進行評估。在電纜護層設(shè)計階段，需要注重計算護層感應(yīng)電壓的實驗數(shù)據(jù)，保證在電纜護層可以在感應(yīng)電壓中運行的穩(wěn)定性。在正常運行電流下，盡管在護層感應(yīng)電壓符合規(guī)范，但在發(fā)生故障時仍需進行驗算，以確定有無損傷。

3.4 嚴控電纜線路中間接頭和終端制作安裝工程流程

加大力度監(jiān)管電纜線路中間接頭和終端制作安裝工藝流程，提高整體施工過程的規(guī)范性，保證交叉互聯(lián)系統(tǒng)和接地箱的設(shè)計、安裝等符合相關(guān)標準，同時在安裝電纜接頭和電纜護層互聯(lián)系統(tǒng)的時候，要注意詳細記錄施工情況，合理確定工作人員的責任，保證每個施工環(huán)節(jié)符合規(guī)范要求。

3.5 強化環(huán)流監(jiān)測

如果是單端接地，那么110kV 電纜線路通常不會產(chǎn)生環(huán)流，如果是交叉互聯(lián)接地，則由于對稱布置，促使三相環(huán)流可以實現(xiàn)均衡。利用環(huán)流檢測，并且對比以前記錄的數(shù)據(jù)，這樣可以處理電纜護層中的問題。并且還要持續(xù)性的測試保護層的絕緣程度，一旦發(fā)現(xiàn)有不合理的地方，就要立即進行替換。

3.6 合理設(shè)計和計算電纜分段長度

電纜線路分段長度直接關(guān)系到線路性能穩(wěn)定性，如果線路過長或者過短，將會發(fā)生各種故障，使整體線路的故障發(fā)生頻率因此提高。因此在施工之前需要精準性的評估和運算電纜線路的基本長度。技術(shù)人員通過專業(yè)性的運算感應(yīng)電壓，對電纜路徑的具體狀態(tài)進行全面研究，以此為基礎(chǔ)合理選擇分段。對于電纜進行分段時，要根據(jù)具體情況和感應(yīng)電壓得到的數(shù)值進行分段。在交流系統(tǒng)中，要保證電纜的金屬護層的感應(yīng)電壓在正常范圍內(nèi)，才能正式配置單芯電力電纜。在確定感應(yīng)電壓之后，針對連續(xù)運行狀態(tài)的電路，合理選擇電纜截面。針對部分品字形單芯電纜線路，如果配置和兩回線處于相同通路，在計算感應(yīng)電壓的時候需要考慮二者之間的相互影響。

3.7 合理選擇新型外護套

為使得電纜護層的厚度可以達到技術(shù)等級的要求，需要合理選用新型外護套。一般情況下，只要4.0mm 的包覆層，其絕緣等級就能維持較久。可以選用聚乙烯和聚氯乙烯等材料，并且在表面鍍了一層石墨。利用PE 材料制造的護套具有較高的硬度，而且受環(huán)境溫度的影響很小，而PVC 材料制造的護套的硬度不夠大，也會受環(huán)境溫度的影響。電纜外護套的形式有很多，一些電纜外護套的石墨層也是通過擠塑成型，在護層外面再加上一層防護層，從而在施工過程中對外護層起到保護作用。有些雙層外護管之間還夾雜著一條銅帶，進一步強化外護套。

3.8 做好工程驗收工作質(zhì)量

驗收工作貫穿于工程質(zhì)量管理的過程中，為了保障電纜線路負荷相關(guān)要求，在驗收電纜線路通道施工項目的時候，需要檢查每個工作環(huán)節(jié)的規(guī)范性，尤其需要做好細節(jié)管理工作，提高整體工程質(zhì)量。此外需要檢測電纜線路通道周圍環(huán)境。為了避免因為施工質(zhì)量不合格，導致電纜投入使用之后產(chǎn)生損失，供電方在完成施工之后需要驗收110kV電纜通道的規(guī)模和空間以及排水等，保證其符合相關(guān)要求。在驗收階段如果發(fā)現(xiàn)異常情況，要立即返工處理，避免在使用階段產(chǎn)生問題。

3.9 保證地阻符合標準要求

電力電纜線路保持接地，可以為其在工作中的安全性提供保證。對電力電纜線路而言，無論是在工作和運行過程中，還是內(nèi)部過電壓、雷電過電壓和接地故障，都將大地作為回路，使用電位鉗來控制接地電位。接地電位與接地裝置相應(yīng)的電阻值有關(guān)，并且接地電阻值還受入地電纜頻率及波形變化的影響，以及與接地裝置相應(yīng)的輻射方式等條件有關(guān)。因此，如果接地電阻不能保證電纜的運行，則在出現(xiàn)故障時，接地電流將會大幅度增加，可能會達到數(shù)百伏特。因此發(fā)生了地點位反擊，將會擊穿電力電纜護層絕緣，并使金屬護層出現(xiàn)接地故障等問題，同時會引起電氣設(shè)備之間的相鄰反擊，不但會帶來跨步電壓，也會容易導致人員傷亡的發(fā)生。因此，在保證了地理和經(jīng)濟條件的基礎(chǔ)上，需要合理優(yōu)化措施。例如：在對接地裝置（接地網(wǎng)）進行設(shè)計時，應(yīng)該使用邊緣閉合、同時附加垂直接地體的設(shè)計方案等，以減少電力電纜線路接地裝置的接地阻力。

4 結(jié)束語

社會經(jīng)濟發(fā)展需要利用電力資源，為了順利輸送電力資源，需要發(fā)揮出電纜線路的作用。當前不斷擴大城市規(guī)模，在升級改造城市的過程中，突出了電纜架設(shè)的重要性。為了正常使用電纜，需要注重保護電纜外層。針對110kV電纜線路護層接地方式，需要合理選擇保護方式，并且要嚴格把關(guān)每個環(huán)節(jié)，保障電纜線路運行的穩(wěn)定性和可靠性。