110kV城市电网电缆设计探讨

2011-12-30朱健华

中国新技术新产品 2011年20期

朱健华

（四川省电力公司资阳公司，四川资阳 641300）

1.电缆选择

近年来，交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆（以下简称XLPE绝缘电缆）在电力系统得到了广泛的使用。由于交联电缆的难燃性，其PVC的外护套本身也是阻燃的，而且低毒低烟性的阻燃交联聚乙烯电缆已有很成熟的技术和广泛应用的经验。就目前国内外的电缆设计和实际敷设情况来看，隧道选用阻燃PVC套的交联聚乙烯电缆，都不用再考虑其他特别的防火措施。

2.电缆护套的选择

电缆的外护层，应符合下列要求：

1）交流单相回路的电力电缆，不得有未经非磁性处理的金属带、钢丝铠装。

2）在潮湿、含化学腐蚀环境或易受水浸泡的电缆，金属套、加强层、铠装上应有挤塑外套，水中电缆的粗纲丝铠装尚应有纤维外被。

3）除低温-20度以下环境或药用化学液体浸泡场所，以及有低毒难燃性要求的电缆挤塑外套宜用聚乙烯外，可用聚氯乙烯外套。

4）用在有水或或化学液体浸泡场所的6～35kV重要性或35kV以上交联聚乙烯电缆，应具有符合使用要求的金属塑料复合阻水层、铅套、铝套或膨胀式阻水带等防水构造。

敷设于水下的中、高压交联聚乙烯电缆还宜具有纵向阻水构造。

3.电缆外护层的选择

电缆的外护层主要有PE护层及PVC护层两种。PE护层的机械性能及电气性能均好于PVC护层，方便施工安装，但不具有阻燃性能，主要适用于直埋和穿管敷设。PVC护层则具有阻燃性能，比较适于明敷于隧道中。

为方便电缆的维护及试验，外护层外应有一层外电极。外电极可以随外护套一起挤出，但大部分的电缆生产厂家都采用在外护套上涂一层石墨的办法。为了让石墨层在施工及运行中有脱落时能及时发现，最好选用红色的外护层或与石墨的颜色有鲜明反差的颜色的外护层。

4.电缆附件的选择

1）户内终端在室内条件下使用，不受大气影响。目前用于XLPE绝缘电缆的户内终端形式多样，体积较小，例如80年代后期国内使用的预制件、热缩件、冷缩件、接插式附件等。接插式附件终端可以在无电压、有电压无电流、有电压有负荷等几种状态下接插，给运行检修带来很大方便。

2）户外终端相对环境比较差，附件要承受日晒、雨淋、气温变化、工业污秽等条件且要能保证运行良好。

3）接头有绝缘接头和直通接头之分。

4）35kV以上电压电缆金属护层的不直接接地端，每相均应通过护层绝缘保护器接地。保护器的三相接线方式，一般情况宜采取Y0接线。

5）护层绝缘保护的选择，应满足在使用环境条件下可靠、耐久、监视维护方便和利于安装。

6）35kV以上电压电缆的金属护层一端互联直接接地情况下，当可能

出现的工频或冲击感应电压超过护层绝缘耐受强度，或需抑制对邻近的控制或通讯电缆的感应干扰强度时，可沿线路并行配置回流线或均压线；对在隧道、沟内敷设电缆的方式，这时应充分考虑沿支架设置接地干线的作用。

7）回流线的阻抗及其两端接地电阻，宜按与系统内最大零序电流和回流线上感应电压相匹配计。均压线的自然接地电阻，宜大于均压线自身阻抗的30倍。回流线或均压线的排列配置方式，宜使在正常工作电流时产生的损耗最小。

5.电缆的敷设

对于各种敷设现场（如隧道、直埋、沟道、水下等）应了解敷设总长度、各转变点位置、工井位置、上下坡度以及地下管线位置特性等因素。在检查电缆线路总长度时，应首先检查线路上有无预留位置，俗称Ω圈。这种为今后电缆检修所留的电缆余量，按照规定应在终端、接头、过马路穿管，过建筑物等处。同时为了使电缆运行可靠，应尽量减少电缆接头。对高压电缆（35kV及以上电压等级电缆）可采用假接头形式完成交叉互联，这样可以不破坏导体的连接性，提高电缆输电能力。电缆盘旋转最好选在转变处、接头处、上下坡起始点，对于66kV及110kV电缆的敷设应考虑牵引机具的放置位置。其次，要测量各转变处电缆的弯曲半径是否合乎要求。

电缆中间接头处应作防水处理，因为XLPE绝缘电缆的接头，不论附加密封多么良好，总低于原电缆护套，特别是中低压电缆，由于没有金属护套，密封处一旦进水，将使绝缘部分直接暴露于水中。高压电缆接头虽有金属护套，但金属护套的连接处仍然存在弱点。因此接头位置最好在电缆沟道、直埋处增加防水措施。例如直埋，可在接头位置修建一水泥槽，在处作密封处理后，再填砂盖板，然后直埋。同时接头应高于周围电缆，防止电缆内原已进入的水向接头迁移。

6.电缆金属护套的连接与接地的方式

6.1.护套两端接地

66kV及以上电压等级XLPE绝缘单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆的长度和负荷电流成。当电缆线路很短，传输功率很小时，护套上的感应极小。护套两端接地形成通路后，护层中的环流很小，造成的损耗不显著，对电缆的载流量影响不大。当电缆线路很短，利用小时数较低，且传输容量有较大裕度时，电缆线路可以采用护套两端接地。

6.2.护套一端接地

当电缆线路长度在500m及以下时，电缆护套可以采用一端直接接地便。（通常在终端头位置接地），另一端经保护器接地，护套其它部位对地绝缘，这样护套没有构成回路，可以减少及消除护套上的环行电流，提高电缆的输送容量。为了保障人身安全，非直接接地一端护套中的感应电压不应超过50V，假如电缆终端头处的金属护套用玻璃纤维绝缘材料覆盖起来，该电压可以提高到100V。护套一端接地的电缆线路，还必须安装一条沿电缆线路平行敷设的导体，导体的两端接地，这种导体称为回流线。为了避免正常运行时回流线内出现环行电流，敷设导体时应使它与中间一相电缆的距离为0.7s（s为相邻电缆轴间距离），并在电缆线路的1/2处换位。当发生单相接地短路故障时，接地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中时，接地电流的绝大部分通过回流线。由于通过回流线的接地电流产生的磁通抵消了一部分电缆导体接地电流所产生的磁通（两者电流方向相反），因而装设回流线后可降低短路故障时护套的感应电压，同时也防止了电缆线路附近的二次信号和通信用的电缆产生很大的感应电压。回泫线的两端应可靠接地，截面积应满足短路电流热稳定的要求。

6.3.护套中点接地

电缆线路采用一端接地感到太长时，可以采用护套中点接地的方式。这种方式是在电缆线路的中间将金属扩套接地，电缆两端均对地绝缘，并分别装设一组保护器。每一个电缆端头的护套电压可以允许50V，因此中点接地的电缆线路可以看做一端接地线路长度的两倍。

当电缆线路长度为两盘电缆，不适合中点接地时，可以采用护套断开的方式。电缆线路的中部（断开处）装设一个绝缘接头，接头的套管中间用绝缘片隔开，使电缆两端的金属护套在轴向绝缘。为了保护电缆护套绝缘和绝缘片在冲击过电压时不被击穿，在接头绝缘片两侧各装设一组保护器，电缆线路的两端分别接地。护套断开的电缆线路也可以看做一端接地线路长度的两倍。如果绝缘接头处的金属套管用绝缘材料覆盖起来，护套上的限制电压通常为100V，则电缆线路的长度可以增加很多。

6.4.护套交叉互联

6.4.1.护套交叉互联方法

电缆线路很长的（大约大于1000m时以上时），可以采用护套交叉联，将电缆线路分成若干大段，每一大段分成长度相等的3小段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处护套三相之间用同轴引线经接线盒进线换位连接，绝缘接头处装设一级保护器，每一大段的两端护套分别互联接地。

6.4.2.护套交叉互联的作用

1）感应电压低，环流小：如果电缆线路的三相排列是对称的，由由于各段护套电压的相位差为120°，而幅值相等，因此两个接地点之间的电位差是零，这样的护套上就不可能产生环行电流，这时线路上最高的护套电压即是按每一小段长度而定的感应电压，可以限制在50V以内。当三相电缆排列不对称，如水平排列时，中相感应电压较边相低，虽然三个小段护套的长度相等，三相护套电压的向量和有一个很小的合成电压，经两端接地在护套内形成环流，但接地极和大地有一定的电阻，故电流很小。

2）交叉互联的电缆线路可以不装设回流线：电缆线路交叉互联，每一大段两端接地，当线路发生单相接地短路时，接地电流不通过大地，此的护套也相当于回流线，因此交叉互联的电缆线路不必再装设回流线。

3）电缆换位金属护套交叉互联：将电缆线路分段，护套交叉互联，同时再将三相电缆连续地进行换位，这样不但对称排列的三相电缆护套电位向量和为零，就是在不对称的水平排列三相电缆中，由于电缆每小段进行了换位，每大段全换位，三相电缆护套感应电压相差很小，相位差120°，其向量和很小，产生的环行电流也几乎为零。因此电缆换位、金属护套交叉互联较单独的护套交叉互联效果更好，但此种连接方法只适合于电缆比较容易换位的场所，如隧道等。