电力系统中高压电缆输电线路设计研究

冯锋

（国网福建福清市供电公司，福建福清 350300）

电力系统中高压电缆输电线路设计研究

冯锋

（国网福建福清市供电公司，福建福清 350300）

通过对电力系统中高压电缆的优点以及其与电力系统的连接和绝缘配合进行分析，优化高压电缆输电线路设计方法，提高电力系统运行质量。

电力系统；高压电缆；输电线路；设计

高压电缆由传统线路改造而成，直径相对较大，普遍采用金属线缆材质。设计人员要依据电力系统实际情况，运用正确的方式，对高压电缆输电线路进行合理设计，并对其绝缘、避雷和架设工作等进行合理规划，以达到良好的设计效果，提高电力系统运行质量，为人们提供安全、稳定的用电环境。

1 电力系统中高压电缆的优缺点

优点如下：①高压电缆的输电线路路径较短，相对比较容易对线路路径进行有效选择；②高压电缆比较隐蔽，建设完成后，往往被道路、草坪等覆盖，不会对城市景观产生干扰；③高压电缆不会受周边环境干扰。而高压电缆在实际应用中也存在一定的缺陷，成本相对较高，设计难度大；完成高压电缆施工后，不容易被更改，且故障检测和后期维修困难。

2 高压电缆与电力系统的连接及绝缘配合

2.1 连接方式

①电缆进线段方式，应用高压电缆作为变电站的出线间隔，完成某一段落电缆敷设工作之后，在电缆终端杆塔电缆引上采用架空线方式连接对端变电站，该种电缆方式应用比较普遍；②将高压电缆线路融入电力线路中，城市中架空线路路径选择难度较大，可将电力电缆应用到架空线路中，将架空线路作为电缆的两端；③变电所全段采用高压电缆。

2.2 系统绝缘配介

应用避雷器对来波幅值进行限制，或者在电缆周边设置进线保护段，借助导线高幅值入侵波产生的冲击电晕，对入侵波陡度和幅值进行控制，并用导线自身波阻抗对避雷器的冲击电流幅值进行限制，以避免雷电波损坏电缆设施［1］。

2.2.1 避雷线配置要求。依据变电所实际情况，对避雷线长度进行合理选择。其是高压电缆设计中的主要内容。设计电缆时，要依据绝缘配合要求，在架空线路上对避雷线进行架设，并确定其长度。针对改扩建工程，如果原架空线路中不包含避雷线，要采用新型线路方式，落实避雷线架设工作。

2.2.2 避雷器配置要求。电缆进线段10～220kV电力电缆线路，应在电缆线路与架空线路连接处装设避雷器。而发电厂和变电所的35kV及以上电缆进线段，无论电缆长度是否超过50m，如果装设一组阀式避雷器可满足保护要求，只装一组即可。

3 电力系统中高压电缆输电线路设计

3.1 选择外护套

如果高压电缆线路在110kV及以上，可将聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）作为外护套。目前，电缆的防水层以铅合金护套或皱纹铝护套效果最好，而铅合金护套较皱纹铝护套具有更好的耐腐蚀性能和较小的弯曲半径，但铅合金护套比重大，机械性能不如皱纹铝护套，对施工安装不利。从金属护套的短路容量方面考虑，铝较铅的导电性能好，能耐受较大的短路电流。聚氯乙烯耐环境应力开裂性能比聚乙烯好，在燃烧时分解的氯气有助于阻燃，且聚氯乙烯对化学腐蚀的耐受性能不及聚乙烯，在燃烧时会析出含有氯化氢等有毒气体。电缆敷设多位于市区道路，出于安全和环保考虑，电缆外护套选用聚乙烯材料。

根据地区电缆多年运行经验及工程实际情况，户外套推荐为交联聚乙烯绝缘、含纵向阻水层、铝护套、聚乙烯外护套的结构。

3.2 回流线的选择与布置

3.2.1 选择回流线。参照《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007），110kV及以上单芯电缆金属护层单点直接接地，如果系统短路使电缆金属护层上的工频感应电压超出其绝缘耐受强度，或者需要对电缆周边弱电线路电气干扰强度进行抑制，需将回流线装设于一端互联并接地线路中。如果发生单相接地短路故障，短路电流可通过回流线流回系统中性点，产生的磁通对部分电缆导线接地电流产生的磁通进行抵消。故而，装设回流线，不仅能够使短路故障时的感应电压降低，而且能够避免电缆线路周边信号电缆的感应电压过大。

选择回流线时，依据最大暂态电流背景下的热稳定要求对截面进行考量。并在回流线上设置防腐层，以对回流线腐蚀问题进行有效规避。具体操作中，回流线都是常规10kV电缆或LGJ导线。

3.2.2 布置回流线。在电缆线路附近布置回流线：①电缆三相品字形布置，高压电缆敷设难度较大，可在电缆品字两肩上对回流线进行布置，在半长处换位一次；②长电缆线路交叉互联，如果电缆线路比较长，可进行单元划分，将各单元分为均匀的三段，进行三相交叉互联，且线路两端金属护层接地，其电阻低，几何平均半径大；③在发电厂或变电所对电缆线路任一终端进行设置，具体操作中经常忽视回流线和电中性线接地连接部位。

3.3 采用一端接地方式时接地端选择

电缆接地，选用三芯电缆作为中压电缆，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，金属外皮无感应电流，高压单芯电缆则不同。其芯线和金属护套与变压器的初级绕组和次级绕组类似。电缆经交流电流时，周边部分磁力线会与金属护套铰链，使护套中产生感应电压。假定护套两点接地，护套与导线会形成闭合回路，产生环形电流。当电缆处于正常运行状态，金属护套上的环形电流数量级与芯线负载电流相同，不仅会使电缆绝缘层老化，且会降低芯线载流量。故而，选用一端接地方式，另一端经护层电压限制器接地的方式对电缆进线接地。

3.4 选择直线接地端

①线路全部采用电缆，可使线路终端处接地；②电缆一端与架空线相连，可在与架空线相连的一端对护套直接接地点进行设置，避免护套电压过大，并在另一端对护层电压限制器进行设置；③如果电缆两端与架空线均相连，在架空线容易被雷击处设置护套的直接接地点，另一端设置护层电压限制器。

3.5 绝缘分割交叉互联接地

线路路径较长，线芯电流也比较大，金属护套只一端接地的感应电压很高，不利于设备及人员安全。普通接头较为常见，分割电缆金属护套和绝缘屏蔽层，使其以合适的单元形式存在，将各单元划分为3个均等的段落，应用绝缘接头连接相邻段电缆金属护套和屏蔽层，使它们的连续回路对三相导体的各段进行依次包围，该种互联方式比较特殊。相较于普通接头，绝缘接头可在电气上对护套和外屏蔽层进行分段。

3.6 选择敷设方式

3.6.1 电缆隧道。电缆隧道具有很大的空间，运用辅助设施，其敷设、运行都比较方便，适用于电缆回路多且重要的情况。110kV及以上电缆输电线路普遍选用该种敷设方式。电力电缆隧道横截面为圆形或矩形，圆形隧道空间能够被导体正三角形排列、电缆线路垂直蛇形敷设等充分利用，对电缆金属护套感应电压进行有效控制，避免电缆支架数量过多，节约成本。

3.6.2 电缆沟。电缆沟不会占用过多的地下空间，以自然采光和通风为主，主要应用移动抽水方式进行排水，运行很长时间之后，沟盖板容易断裂破损，地面水也容易溢入沟内，使道路基础设施等不够美观，并对电缆绝缘产生影响，无法达到良好的输电线路设计效果。电力人员要依据具体工程背景，合理选择敷设方式，保障电力系统整体工程质量。

4 结语

将单芯电缆应用到高压电缆中，会因金属护套出现感应电压问题，无法达到良好的应用效果。设计人员要依据具体电力工程背景，对回流线、电缆接地方式及敷设方式等进行合理选择，以对感应电压进行有效控制，为电力系统提供一个安全、稳定的用电环境，提高人们的日常用电质量，并对其实际应用过程中的各种问题进行有效规避。

［1］李中平，闫军波，张旭东.关于高压电缆线路电气设计的几点思考［J］.科技创新与应用，2016（29）：187.

Research on the Design of High Voltage Cable Transmission Line in Electric Power System

Feng Feng
（State Grid Fuqing Fujian Power Supply Company，Fuqing Fujian 350300）

In this paper,the advantages of high voltage cable in electric power system and the connection and insula⁃tion coordination of power system were analyzed,the design method of high voltage cable transmission line was opti⁃mized,to improve the operation quality of electric power system.

electric power system；high voltage cable；transmission line；design

TM75

A

1003-5168（2016）12-0134-02

2016-11-08

冯锋（1978-），男，本科，工程师，研究方向：电力输配电线路设计。