电力系统中高压电缆输电线路设计研究

王传双 黄珅

摘要：随着城市的扩张，用电需求量持续增长，电力工程电缆设计任务尤为突出，电力工程电缆设计的质量直接影响到供电安全及其整体质量。电力工程电缆的设计涉及诸多因素，不仅包括电缆工程规模、电缆结构、施工概况、工程技术要点，还包括市政规划、桥梁敷设等因素，影响设计方案的因素较多，本文主要针对电力电缆工程设计相关问题进行了分析，希望有关人员能够有所借鉴。

关键词：电力系统;高压电缆;输电线路;设计;

一、电力电缆线路简述

电力系统常见的电能传输方式有两种：架空线路及电缆线路。架空线路电力传输广泛采用的方式，这个不再进行叙述。电缆线路常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电等特殊情况。大多数是不具备架设架空线路的情况下采用电缆线路。电缆线路与架空线路比较之优劣情况如下：

（1）优点：1）电缆敷设在地下，不占地面空间，同一地下电缆通道，可以容纳多回线路;2）在城市道路和大型工厂，用电缆供电，有利于市容、厂容整齐美观;3）自然气象条件（如雷电，风雨，盐雾，污秽等）和周围环境对电缆的影响很小;4）电缆隐蔽在地下，对人身比较安全，供电可靠性高;电缆线路的运行维护费用比较小。

（2）缺点：1）电缆线路建设投资费用较高，是架空线的几倍;电缆故障隐蔽，测试较难;2）电缆损坏后，修复时间较长;3）电缆不容易分支;4）电缆线路设计使用年限不如架空线长。

二、电缆路径通道的设计

城市电缆通道建设应根据城市规划和电网规划（工程规模、电压等级等）、功能要求、自然条件等因素，结合消防、环保、节能等要求，合理进行通道路径选择、截面选取，充分考虑使用功能要求和安全可靠性，积极采取各项经济可行的节能措施，并与周围环境相协调。

（1）电缆线路路径应与城市总体规划相结合，应与各种管线和其他市政设施统一安排，且应征得城市规划部门同意;（2）电缆线路路径应综合路径长度、施工、运行和维护方便等因素，统筹兼顾，做到技术可行、安全适用、环境友好、经济合理;（3）供敷设电缆用的构筑物宜按电网远景规划一次建成;（4）供敷设电缆用的保护管、电缆沟或直埋敷设的电缆不应平行敷设于其他管线的正上方或正下方;（5）电缆与电缆、管道、道路、建（构）筑物等之间的最小距离，应符合现行国家标准《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2018）表5.3.5的规定;（6）电缆跨越河流宜利用城市交通桥梁、交通隧道等公共设施敷设，并应征得相关管理部门同意。

1、电缆敷设设计

（1）直埋敷设

电缆敷设入地下壕沟中沿沟底铺有垫层和电缆上铺有覆盖层，且加设保护板再埋齐地坪的敷设方式。优点：敷设方便，节省材料和人工费。缺点：维护不便，如果要维护，就需要把覆土挖开，仅建议用在不考虑维护，或能接受这种维护方式的地方。

（2）保护管敷设

电缆敷设入地下壕沟中的电缆保护管内，沿沟底铺有垫层和电缆排管上铺有覆盖层，且加设保护板再埋齐地坪的敷设方式。保护管敷设的特点：电缆排管敷设对电缆的效果比直埋敷设要好，电缆不容易受到外部机械损伤，占地空间小，运行可靠;电缆敷设条数较多、道路狭窄地段，穿越公路、铁路和建筑物时，排管敷设是一种较好的选择。

（3）电缆沟敷设

电缆敷设入封闭式、盖板可开启的电缆构筑物（盖板与地坪相齐或稍有上下）内的敷设方式。电缆沟敷设的特点：电缆沟盖与地面平齐，可掀开沟道;电缆不容易受到外部机械损伤，占用空间相对较小。

4）隧道敷设

电缆敷设入可容纳较多电缆数、有供安装和巡视的通道、全封闭型的电缆构筑物内的敷设方式。电缆隧道敷设的特点：电缆隧道应具有照明、排水装置，并采用自然通风和机械通风相结合的通风方式、具有防火及阻燃功能，另外还安装有电缆在线监测装置。电缆敷设于隧道中，外力损坏的可能性较小，对电缆的敷设、安全运行、维护十分有利。

三、电缆型式与截面的选择

1、电缆结构

（1）电缆绝缘材料

高压电缆绝缘材料有聚氯乙烯、交联聚乙烯、油纸绝缘等，中高压电缆宜选用交联聚乙烯，低温场所、高温场所、人员密集或有低毒阻燃性防火要求、放射性作用场所宜选用交联聚乙烯。

电力电缆可按绝缘材料、结构特征、敷设环境、电压等级等进行分类，10kV～110kV电缆应优先选用交联聚乙烯绝缘电缆。

（2）绝缘电气性能

对10kV以上的交联聚乙烯电缆，应选用内、外半导电与绝缘层三层共挤工艺特征的型式，其优点：防止主绝缘与半导体屏蔽以及主绝缘与绝缘屏蔽之间引入外界杂质;在制造过程中防止主绝缘、半导电层的损伤;由于内外屏蔽与主绝缘紧密结合，提高了起始游离放电电压。

（3）电缆屏蔽

电缆导体由多根导线绞合而成，与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，引起局部放电。导体表面加一层半导电材料，与被屏蔽的导体等电位，并与绝缘层良好接触，称为导体屏蔽;在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，称为绝缘屏蔽。

（4）电缆导体及截面

1）导体材料

电缆导体一般采用高电导系数的金属铜、铝制造。铜导体主要适用情况如下：高可靠性回路;振动剧烈、有爆炸危险或对铝有腐蚀等严酷的工作环境;耐火电缆;安全性要求高的公共设施;工作电流较大，需增多电缆根数时。

2）电缆芯数

3～35kV供电回路，除工作电流较大的回路或电缆敷设于水下时，可选用单芯电缆外，应选用三芯电缆;110kV供电回路，除敷设于湖、海水下等场所且电缆截面不大时可选用三芯型外，可选用单芯电缆;110kV以上供电回路，应选用单芯电缆。

（6）金属护套

电缆金属护套（内护套）一般采用铅和铝，其作用在于保护电缆绝缘在敷设、运行过程中，免受外力机械损伤和各种环境因素如水、日光、生物、火灾等引起的破坏，承担径向阻水作用，并作为接地故障短路电流流回系统中性点的有效通道，采用波纹铝套、平板铝套、铜套、铅套、不锈钢套，常用的为波纹铝套或铅套，以保证电缆长期稳定的电气性能。

（7）电缆外护层

电缆外护层是保护电缆免受机械损伤和腐蚀的保护覆盖层。其作用是防止铠装层和金属护套遭受化学腐蚀，绝缘和防火的作用也十分重要，一般为非金属材料聚合物。 PVC外护套和PE外护套是最常用的两种非金属外护套。

2、电缆截面选择

电缆导体最小截面的选择，应同时满足规划载流量和通过系统最大短路电流时热稳定的要求。根据实际情况，选择电缆截面的大小时，应首先考虑长期允许载流量;其次进行热稳定的校核;最后考虑经济电流密度和网络允许电压降。理论上，无论根据哪种方法选择的电缆截面，都应该用其他方法去校核，亦即应根据各种方法分别求出最小截面积，然后从中选择最大值为最终选定值。

四、结语

電力电缆线路的设计是一项系统性的网络工程，在实际的设计过程中会受到多种外界因素的影响，且具有隐蔽性。因此，就必须要加强对电力电缆设计质量控制，保证电力电缆设计质量，保证电力电缆工作能够顺利进行。

参考文献：

[1]GB 50217-2018.中华人民共和国国家标准;电力工程电缆设计标准[s].北京：中国计划出版社，2018.

[2]DL/T 5221-2016.中华人民共和国电力行业标准;城市电力电缆线路设计技术规定[s].北京：中国计划出版社，2016.

[3]陈德.论输电线路中高压电缆设计[J].民营科技，2016（05）：45.