基于高压电缆输电线路设计探究

基于高压电缆输电线路设计探究

胡祖伟郑少将肖俊俊

安徽华电工程咨询设计有限公司安徽合肥237300

摘要：高压电缆是在传统意义上的电线改造的，由于其直径比较大因此选择金属要选择密度较轻传到电流效果相对优秀的金属线缆材质，传统意义上的铜线是不能在高压电缆上大量使用的，因此解决电缆材料后就要解决架设、绝缘、避雷等相关架设工作的问题，本文主要针对高压电缆输电线路设计问题进行了分析，希望有关人员能够有所借鉴。

关键词：高压电缆；输电线路；设计

一、高压电缆线路与电力系统的连接及绝缘配合要求

1.1电力系统中应用的3种方式

①电缆进线段方式。是指变电站出线间隔采用高压电缆，敷设一段电缆后，再采用架空线的方式与对端变电站相连，这是一种非常常见的电缆应用方案。②高压电缆线路作为电力线路中间的一部分。是指在城市中的高压电力线路，在于受到架空线路路径选择困难的影响，架空线路中间的一段采用电力电缆，即电缆的两端均为架空线路。③变电所之间，全线采用高压电缆。

1.2对系统绝缘的配介要求

为防止雷电波损坏电缆设施，一般从两方面采取保护措施：一是使用避雷器，限制来波的幅值；二是在距电缆设施适当的距离内，装设可靠的进线保护段，利用导线高幅值入侵波所产生的冲击电晕，降低入侵波的陡度和幅值，利用导线自身的波阻抗限制流过避雷器的冲击电流幅值。

1.2.1对避雷线的配置要求

对于电缆进线段方式，与电缆线路相连的架空线路，如果与高压电缆相连的66kV及以上变电所为组介电器GIS变电所，则架空线路应架设2km避雷线；如果与高压电缆相连的35kV及以上变电所为敞开式配电装置的变电所，则架空线路应架设1km避雷线。这是高压电缆设计的一个重要的外部条件。在DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》中说明了架空线路防雷保护方式，但未提到高压电缆应用的此项要求，因此，在电缆的设计中，必须按照绝缘配合的要求，在架空线路上架设满足长度要求的避雷线。尤其对于改扩建工程，发现原架空线路未架设避雷线时，应改造相应线路，架设避雷线。

1.2.2对避雷器的配置要求

对于电缆进线段的10～220kV电力电缆线路，电缆线路与架空线相连的一端应装设避雷器，这一原则在《城市电力电缆线路设计技术规定》中被确定下来。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，对于发电厂、变电所的35kV及以上电缆进线段，如电缆长度不超过50m或虽超过50m，但经校验，装设一组阀式避雷器即能符合保护要求时，可只装避雷器F1，或F2。

二、高压电缆线路设计

2.1外护套的选择

对110kV及以上高压电缆线路，外护套多采用聚氯乙烯（PVC，代号02）或聚乙烯（PE，代号03）两种材料PVC阻燃性较好、力学性能稍差；PE阻燃性较差、力学性能稍好，价格稍高但环保性能好因此，在电缆沟及隧道环境中常选用02型，排管敷设常采用03型。

2.2回流线的选择与布置要求

1）回流线的选择：根据《电力工程电缆设计规范》规定，110kV及以上单芯电缆金属护层单点直接接地时，若系统短路导致电缆金属护层上产生的工频感应电压超过其绝缘耐受强度（或护层电压限制器的工频耐压）、或者需要抑制电缆邻近弱电线路的电气干扰强度时，一端互联并接地的线路，都必须装设接地良好的回流线，并将其两端可靠接地这样，发生单相接地短路故障时，短路电流可以通过回流线流回系统的中性点，特别是当接地故障发生在回流线的接地网时，接地电流的绝大部分将通过回流线由于通过回流线的接地电流产生的磁通抵消一部分电缆导线接地电流所产生的磁通，因而装设回流线后既可降低短路故障时护套的感应电压又能防止在电缆线路附近的信号电缆中产生较大的感应电压。回流线的选择应使其截面满足最大暂态电流作用下的热稳定要求；同时，为了防止回流线在地中的化学腐蚀，一般要求回流线带有防腐层。

2）回流线的布置要求：回流线的布置应尽可能靠近电缆线路。①电缆三相品字形布置道理上，回流线三等分换位均布于A-B，B-C，C-A相间最好，但鉴于施工敷设不易，工程中建议如图2敷设即可，即回流线在半长处换位一次，布置于电缆品字两肩上。②长电缆线路交叉互联对于较长的电缆线路，分为几个单元，每个单元内按3个尽可能均等的三段实现三相交叉互联，在线路两端金属护层均接地，则金属护层本身也起了回流线作用它不但有较低电阻，而且有较大几何平均半径在这种情况下，敷设回流线，就没有必要了。③电缆线路进出发电厂或变电所时电缆线路任一终端设置在发电厂、变电所时，回流线应与电源中性线接地的接地网连通这一点，往往会被忽视掉。

2.3采用一端接地的接地方式时，直接接地端的选择

关于电缆的接地：中压电缆一般采用三芯电缆，由于三相电缆的芯线在电缆中呈“三角形”对称布置，三相电流对称，金属外皮不会产生感应电流高压单芯电缆则不同，其芯线与金属护套近似干一台变压器的初级绕组与次级绕组当电缆通过交流电流时，其周围产生的磁力线一部分将与金属护套铰链，在护套中产生感应电压（大小与电缆的长度及流过芯线的电流成正比）若把护套两点接地，则护套与导线将形成闭合回路，护套中将产生环行电流电缆正常运行时，金属护套上的环行电流与芯线的负载电流基本上为同一数量级，即几乎是1.1的电流互感器，这时不仅将在金属护套上形成热能损耗，加速电缆绝缘层的老化而且还将使芯线的载流量降低，最大降幅可达40%。因此，可采用一端直接接地，另一端经护层电压限制器接地的方式对电缆进线接地。

2.4直接接地端的选择

①当线路全线采用电缆时，哪一端直接接地均可，但通常选受电侧即线路终端处。②电缆一端与架空线相连时，为降低护套上的冲击过电压，护套的直接接地点一般应设在与架空线相连接的一端，护层电压限制器设在另一端。③电缆两端与架空线相连时，护套的直接接地点一般应设在架空线遭雷击概率大的一端，护层电压限制器设在另一端。

2.5实施绝缘分割交叉互联接地

当线路较长，线芯电流较大，金属护套只在一端接地时的感应电压可以很高，甚至可达数百伏，这样会危及人身和设备的安全。在工程中通常是采用普通接头（直通接头），将电缆的金属护套和绝缘屏蔽层分割成适当的单元，每个单元内按3个长度尽可能均等的三个小段，用绝缘接头（或实施绝缘分割）将相邻段电缆的金属护套或屏蔽层交叉连接，使每个金属护套或屏蔽层的连续回路依次包围三相导体的一段的一种特殊互联方式。

2.6敷设方式的选择

①电缆隧道：电缆隧道空间大，辅以完善的辅助设施，电缆敷设、运行维护方便，深受运行单位的喜爱，适合电缆回路多且重要的情况是110kV及以上电缆输电线路敷设方式的首选电力电缆隧道横截面通常采取圆形和矩形，圆形隧道空间利率较高通过研究可以发现，导体正三角形排列、电缆线路垂直蛇形敷设（对于大截面电缆）能够有效利用电缆隧道内有限的空间资源、降低电缆金属护套感应电压以及减少电缆支架数量，可以有效降低高压电缆线路投资成本。②电缆沟：电缆沟占用地下空间小，投资省因属于二级构筑物，不具备实施辅助设施及高度防水的条件（通风采光基本靠自然通风与采光、排水靠移动抽水），运行年久后，常出现沟盖板断裂破损不全、地面水溢入沟内等情况，常影响道路的美观、影响电缆绝缘变坏。

结语

高压电缆线路采用单芯电缆因金属护套存在感应电压问题，使其与大家所熟知的普通中低压电缆线路，在设计上有本质的不同设计中必须充分认识这一点，采取各种各样的措施，如正确选择回流线及布置方式、电缆接地方式、电缆敷设方式等，尽可能降低感应电压，提升线路输送能力确保高压电缆线路零缺陷投产、安全稳定运行。

参考文献：

[1]GB50217-2007.中华人民共和国国家标准；电力工程电缆设计规范[s].北京：中国计划出版社，2008

[2]苍斌主编.电力电缆[M].北京：中国电力出版社，2010

作者简介：

1、胡祖伟：1985，男，安徽安庆，汉，硕士研究生

2、郑少将：1986，男，安徽凤阳，汉，大学本科，

3、肖俊俊，1985，男，安徽界首，汉，硕士研究生