110kV及以上(shàng)電力電纜線路設計(jì)原則淺析

某市新建220kV民田站(zhàn)(GIS站(zhàn)),其中110kV電纜最終出線12回，本期出線7回。本期工(gōng)程設計(jì)範圍是：将110kV蓮花(huā)山至崗廈電纜線路解口入民田站(zhàn)，形成民田-蓮花(huā)山、民田-崗廈共兩回電纜線路;解口景田至少年宮、景田至地鐵(tiě)站(zhàn)雙回電纜線路，形成2進2出共4回電纜線路;新建民田至福中一電纜線路。電纜線路所經地區(qū)爲市區(qū)繁華地段，地下(xià)管網密集，含原有高(gāo)壓電纜、水(shuǐ)管、煤氣管、有線電視(shì)管線、通訊管線等等。如何根據實際情況，設計(jì)出一套節省投資、方便施工(gōng)和(hé)運行維護的方案，下(xià)面根據電力電纜設計(jì)原則對(duì)範例進行分析和(hé)探讨。

1、電纜型式與截面的選擇

根據《高(gāo)壓電纜選用(yòng)導則》及《電力工(gōng)程電纜設計(jì)規範》，對(duì)于重要電源等需要保持連接具有高(gāo)可靠性回路的電力電纜應采用(yòng)銅芯。本工(gōng)程采用(yòng)交聯聚乙烯絕緣銅芯電力電纜(單芯)。當地溫取30℃、考慮本工(gōng)程電纜敷設在細沙及管中，土壤熱阻系數取2.1K·m/W，埋深取1.0m，電纜水(shuǐ)平排列間距爲0.225m時(shí)，選用(yòng)的XLPE-800mm2銅導體電纜,雙回路敷設時(shí)每相的最大(dà)載流量約爲690A，此時(shí)本線路的輸送容量爲13萬千伏安，滿足系統輸送容量要求。

原則淺析：高(gāo)壓電纜的線芯材質和(hé)截面大(dà)小(xiǎo)應根據系統輸送容量選擇。電纜載流量不僅取決于纜芯截面及結構，還與敷設方式、電纜的布置及護層的接地方式有關，其計(jì)算(suàn)比較複雜(zá)，一般工(gōng)程設計(jì)中，可參照電纜制造廠(chǎng)提供的載流量。

讀者評價：

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2、電纜的分段及護層的接地方式

電纜在正常運行情況下(xià)要在鋁護套上(shàng)産生感應電勢，其數值與電纜長度和(hé)負荷電流成正比，電纜外(wài)護套(PVC外(wài)護套)要耐受這(zhè)感應電勢，如感應電勢過高(gāo)使PVC外(wài)護套絕緣損壞造成多點接地時(shí)，鋁護套上(shàng)将産生較大(dà)的感應環流，增加了(le)電能(néng)損耗，并使電纜溫度增高(gāo)，降低(dī)了(le)輸送容量。爲消除電纜鋁護套上(shàng)的環流損失，達到(dào)經濟運行的目的，同時(shí)将鋁護套上(shàng)的感應電勢控制在安全值範圍之内，需将護套分段并采用(yòng)交叉互聯連結的接地方式。

電纜的分段是根據護層感應電壓的大(dà)小(xiǎo)，以及周圍的地理(lǐ)環境合理(lǐ)選擇接頭工(gōng)井的位置，将電纜分成3的倍數段，将護層進行交叉互聯連接。下(xià)面是本工(gōng)程選取的護層接地方式：

原則淺析：護層接地方式有以下(xià)幾種：

1.三相護層兩端分别并聯接地。

2.三相護層一端接地(或中間一處)互聯接地，另一端(或兩端)經接地保護器接地。

3.當線路較長，一端接地不能(néng)滿足要求時(shí)，可采用(yòng)三相護層交叉互聯兩端接地。

合理(lǐ)的選擇護層接地方式，不僅有利于線路安全可靠的運行，還降低(dī)線損及電纜絕緣層的老(lǎo)化。根據運行經驗，對(duì)一個交叉互聯單元的3段電纜不可能(néng)完全等分，但(dàn)各段相差長度不宜超過15%。單根電纜長度不大(dà)于800米時(shí)，一般不進行分段。設計(jì)時(shí)對(duì)護層的接地方式要進行合理(lǐ)的創新與組合，例如當電纜根據現(xiàn)場情況等分爲4段時(shí)，其中3段組合成一個交叉互聯單元，另一段則采用(yòng)一端直接接地，一端經保護器接地的方式。

3、電纜護層感應電壓計(jì)算(suàn)

電纜正常工(gōng)作(zuò)時(shí)護層感應電壓計(jì)算(suàn)公式參見《電力工(gōng)程電氣設計(jì)手冊》表17-52。

根據《電力工(gōng)程電纜設計(jì)規範》GB 50217-2007中，第4.1.10條：“

交流單芯電力電纜的金(jīn)屬層上(shàng)任一點非直接接地處的正常感應電勢計(jì)算(suàn)，宜符合本規範附錄F的規定。電纜線路的正常感應電勢最大(dà)值應滿足下(xià)列規定：

1.未采取能(néng)有效防止人員任意接觸金(jīn)屬層的安全措施時(shí)，不得大(dà)于50V。

2.除上(shàng)述情況外(wài)，不得大(dà)于300V。”

本工(gōng)程民田至蓮花(huā)山、民田至崗廈電纜各分成6段形成2個完整交叉互聯，電纜鋁護層在正常負荷電流時(shí)最大(dà)感應電壓小(xiǎo)于80伏。

4、電力電纜的敷設

電纜敷設典型方式有：直埋、排管、電纜溝、電纜隧道(dào)、電纜橋架等。根據現(xiàn)場的實際情況，合理(lǐ)的選擇敷設方式，保證電纜的順利通過。如果電纜路徑很(hěn)長，可能(néng)需要用(yòng)到(dào)多種敷設方式組合。如在變電站(zhàn)内用(yòng)隧道(dào)或豎井敷設，出站(zhàn)後開(kāi)闊地段采用(yòng)電纜溝敷設，路徑狹窄處采用(yòng)埋管敷設等。

本工(gōng)程民田站(zhàn)出口采用(yòng)磚砌電纜綜合溝，其餘電纜溝槽采用(yòng)隐蔽式設計(jì)。常規磚砌電纜溝槽位于綠化帶及人行道(dào)下(xià)，電纜敷設好(hǎo)并回填土後恢複原有綠地。溝槽蓋闆均采用(yòng)預制鋼筋混凝土蓋闆，蓋闆設計(jì)考慮商業堆載1t/m2。局部地段如鋪人行道(dào)方磚，蓋闆設計(jì)荷載相應增加。電纜過路埋管及頂管處兩端設置工(gōng)井，敷設完後工(gōng)井内充沙。工(gōng)井采用(yòng)磚砌井溝壁，預制梁闆結構，活動頂蓋，一般考慮隻行人，不行車。

本工(gōng)程電纜通過非主幹道(dào)時(shí)，采用(yòng)破路開(kāi)挖埋管;通過主幹道(dào)路時(shí)，由于市政不允許封路大(dà)開(kāi)挖埋管作(zuò)業，采用(yòng)導向鑽進非開(kāi)挖鋪設MPP電力電纜護套管的方法穿越。

導向鑽進非開(kāi)挖鋪管的利用(yòng)地表放(fàng)置的鑽機，沿欲鋪管線的設計(jì)路徑鑽一個先導孔，然後回拉擴孔，将孔徑擴大(dà)到(dào)鋪管要求的口徑，最後将管線拉入已擴好(hǎo)的孔中，從(cóng)而實現(xiàn)管線不開(kāi)挖鋪設。

下(xià)圖是本工(gōng)程的幾種敷設方式：

5、高(gāo)壓電纜及其附件的布置與安裝

5.1.電纜排列方式

單芯電纜三相排列可分水(shuǐ)平排列、垂直排列、等邊三角形排列。水(shuǐ)平和(hé)垂直排列均存在三相互感不等、阻抗不對(duì)稱的問題故線路較長時(shí)需換位。等邊三角形排列三相對(duì)稱。目前直埋、排管、電纜溝等長距離敷設方式下(xià)，一般采用(yòng)水(shuǐ)平或垂直排列。等邊三角形排列因施工(gōng)固定難等其他(tā)因素，較少采用(yòng)。本文(wén)範例電纜排列方式采用(yòng)水(shuǐ)平和(hé)垂直排列。

5.2.固定要求

1)在終端、接頭或轉彎處緊鄰部位的電纜上(shàng)，應有不少于一處的剛性固定。

2)在垂直或斜坡的高(gāo)位側，宜有不少于2處的剛性固定。

3)電纜蛇形敷設的每一個節距部位，宜予撓性固定。蛇形轉換成直線敷設的過渡部位，宜予剛性固定。

5.3.電纜保護管

通常采用(yòng)玻璃鋼管、C-PVC保護管。保護管的選擇，應滿足使用(yòng)條件所需的機械強度和(hé)耐久性，當交流單相電纜以單根穿管時(shí)，不得用(yòng)未分隔磁路的鋼管。當因機械強度要求使用(yòng)鋼管時(shí)，可以将鋼管軸向全長進行切割1厘米的開(kāi)口，然後用(yòng)銅條将該切口焊上(shàng)，達到(dào)切斷磁路的目的，保證了(le)鋼管的機械強度。

5.4.電纜支架的特殊要求

電纜支架除支持單相工(gōng)作(zuò)電流大(dà)于1000A的交流系統電纜情況外(wài)，宜用(yòng)鋼制。

交流單相大(dà)截面電纜工(gōng)作(zuò)電流達1450A時(shí)，因渦流作(zuò)用(yòng)引起鋼制電纜支架鐵(tiě)損，可達160W/m(三相成品字型配置)~530 W/m(分相配置)，約占電纜損失的20%~70%，因而宜重視(shì)對(duì)策，有的國家工(gōng)程中對(duì)大(dà)截面電纜的支架，采用(yòng)由不鏽鋼、玻璃鋼或鋁合金(jīn)等非磁性材料制成。

目前使用(yòng)廣泛的是玻璃鋼電纜支架，幾乎達到(dào)鋼制支架的強度，而且耐腐蝕、無電能(néng)損耗。

5.5.電纜附件布置及安裝

5.5.1.電纜中間接頭

電纜中間接頭分爲絕緣中間接頭和(hé)直通中間接頭，一般采用(yòng)整體預制，玻璃鋼防水(shuǐ)水(shuǐ)外(wài)殼。電纜接頭的地方設置專用(yòng)的電纜接頭工(gōng)井。本文(wén)範例的工(gōng)程采用(yòng)電纜中間接頭相接。

接頭工(gōng)井一般規格是10米或20米長，便于電纜的伸縮安裝和(hé)蛇形敷設。電纜接頭放(fàng)置在沙袋上(shàng)固定，施工(gōng)完畢後充沙填埋。電纜接頭布置示意圖如下(xià)：

5.5.2.電纜終端的選擇與連接

電纜終端一般分爲GIS終端、瓷套式終端、幹式矽橡膠終端等。在GIS變電站(zhàn)内用(yòng)GIS電纜終端出線，在敞開(kāi)式變電站(zhàn)進線構架處用(yòng)瓷套式終端，在電纜與架空(kōng)線路相連接時(shí)電纜上(shàng)鐵(tiě)塔，采用(yòng)幹式矽橡膠終端。當幾回電纜線路需要T接時(shí)，因目前國内還沒有成熟的電纜T接頭使用(yòng)，可建一個T接房，用(yòng)導線将瓷套式終端或幹式矽橡膠終端進行T接。用(yòng)幹式矽橡膠終端進行T接時(shí)，應采用(yòng)硬連接方式，防止導線電動力使矽橡膠終端彎曲，造成安全事(shì)故和(hé)損壞電纜終端。

電纜上(shàng)鐵(tiě)塔時(shí)采用(yòng)矽橡膠終端，應對(duì)電纜及終端采用(yòng)合理(lǐ)的方式固定，一般采用(yòng)絕緣子串将電纜終端拉直固定在鐵(tiě)塔橫擔的中間。電纜上(shàng)塔的方式優點是節省占地面積，運行維護方便。例如下(xià)圖是電纜幹式矽橡膠終端固定在鐵(tiě)塔的典型方式：

5.5.3.避雷器的選型及安裝

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和(hé)絕緣配合》 DL/T 620-1997及工(gōng)程實際情況，在高(gāo)壓單芯電纜與鐵(tiě)塔相連處一般均裝設避雷器。例如某工(gōng)程中選用(yòng)YH10WX-108/309型懸挂式避雷器。

6、電纜防火阻燃說明(míng)

(1)電纜選用(yòng)了(le)防水(shuǐ)性能(néng)較好(hǎo)的聚乙烯(PE)護套，用(yòng)埋沙的方式進行防火，因此敷設完畢後工(gōng)井内充細紗填埋。

(2)在變電站(zhàn)電纜豎井出線出口，各牆體、樓闆、溝道(dào)出口處、圍牆出口處等電纜引出口采用(yòng)防火堵料封堵，并在孔口兩端的電纜各不小(xiǎo)于2米區(qū)段塗刷防火材料，塗刷厚度不小(xiǎo)于1mm(分3～4次塗刷)。

(3)電纜在穿越各處保護管管口處采用(yòng)防火堵料封堵阻燃。

(4)在中間接頭兩側各3米區(qū)段和(hé)其并列鄰近的其它電纜上(shàng)在同一長度内塗刷防火塗料。

7、設計(jì)施工(gōng)工(gōng)藝注意事(shì)項

電纜線路造價昂貴，技術複雜(zá)，要求精心施工(gōng)，精心組織。敷設施工(gōng)前應申辦電纜線路管線執照、掘路執照和(hé)道(dào)路施工(gōng)許可證，并開(kāi)挖足夠的樣洞，了(le)解線路路徑鄰近地下(xià)管線情況。明(míng)确各公用(yòng)管線和(hé)綠化帶管理(lǐ)單位的配合、賠償事(shì)項。電纜訂貨前，應由施工(gōng)單位提前放(fàng)線、定位，落實兩側電纜終端及工(gōng)井位置且确保無施工(gōng)障礙，再複測電纜分段長度，并将複測報(bào)告送設計(jì)審核，審核确保無誤後再行訂貨并做相應分盤。電纜施工(gōng)中和(hé)竣工(gōng)後要确保電纜彎曲半徑大(dà)于20D(直徑)。

下(xià)面是典型的施工(gōng)工(gōng)序：

8、竣工(gōng)試驗

電纜在現(xiàn)場敷設安裝完畢後，該電纜線路在正式接入電網運行之前，應按有關規定，進行下(xià)列項目的現(xiàn)場試驗。

8.1.導體電阻測量

應測試每根導體電阻，同時(shí)換算(suàn)到(dào)20℃條件下(xià)的标準電阻值。

8.2.電纜參數測量

電纜的電感、電容測量，正序及零序阻抗的測量(按短路電流以鋁護套爲回路的零序阻抗)。

8.3.主絕緣高(gāo)壓試驗

應在電纜導體與鋁護套之間施加110kV交流電壓5分鐘(zhōng)，主絕緣不應發生擊穿。

8.4.電纜PE(或)外(wài)護層耐壓試驗

電纜的PE(或)外(wài)護層除對(duì)波紋鋁護套的機械保護外(wài)，還對(duì)整個電纜線路能(néng)否實現(xiàn)交叉互聯的經濟運行方式起保證作(zuò)用(yòng)。爲檢查施工(gōng)和(hé)運輸中對(duì)PE(或)外(wài)護層是否損壞，應在波紋鋁護套與表皮石墨塗層之間，施加1分鐘(zhōng)10kV直流電壓的耐壓試驗，PE(或)外(wài)護層不應發生擊穿。

8.5.電纜波紋鋁護套過電壓保護器試驗

對(duì)安裝在現(xiàn)場的每一個過電壓保護器應作(zuò)下(xià)列試驗。

8.5.1.電阻特性試驗

每組保護器的三個校正後的電阻值中，任何一個值都在廠(chǎng)家規定的最大(dà)與最小(xiǎo)值之間(換算(suàn)到(dào)20℃)。

8.5.2.内部絕緣電阻試驗

采用(yòng)1000V搖表測量導線連接端與外(wài)殼(底闆)之間在一分鐘(zhōng)的絕緣電阻，其絕緣電阻值不應小(xiǎo)于2MΩ。

9、結論

通過範例對(duì)電纜線路設計(jì)原則的逐步分析，使設計(jì)方案既能(néng)降低(dī)工(gōng)程造價和(hé)施工(gōng)難度，而且還給運行維護帶來(lái)方便。電纜的敷設方式、接地方式、電纜附件的選擇等要根據實際情況，靈活選擇與組合，達到(dào)優秀的設計(jì)，優秀的施工(gōng)，安全的運行。