探讨电气专业在高压电缆线路设计中的技术问题

山西明卓勘测设计有限公司 韩清

1 引言

随着我国城市化进程加快，电力供应显得越来越重要，尤其是服务城市建设，高压电缆线路起到关键作用。本文立足线路电气专业，对高压电力电缆线路设计中的关键技术进行分析，为相关设计人员在具体的工程中提供参考，减少后期施工难度，减少突发情况，提高安全运行可靠性，降低运行事故风险。

2 电力电缆通道选型原则

考虑电缆载流量问题，220kV 及以上电缆线路应采用隧道方式敷设，重要的变电站进出线、回路集中区域、电缆数量较多情况宜采用隧道型式。过路、重型车辆通行等区域不应采用直埋型式，必须严格控制非开挖定向钻技术的应用，如果载流量计算满足要求，并且业主单位同意使用该技术，宜采用注浆方式包封加强。

3 电力电缆通道建设原则

3.1 通用要求

电缆管沟应与道路建设有序结合，同步进行。电缆通道的路径选择，除应符合相关规范规定外，还应该满足城市道路网规划的总体要求。电缆通道在道路下方的规划位置，宜布置在人行道、非机动车道及绿化带下方。设置在绿化带内时，工作井出口处高度应该高于绿化带地面300mm。电缆通道满足电缆弯曲半径要求，转角进行圆弧过渡处理。电缆通道井盖符合相关规范要求，具有防水、防盗、防滑、防坠落等功能，并设置二层子盖。电缆通道内所有铁附件均应热镀锌处理且方便安装、表面平滑，满足机械强度和耐久性的需求[1]。

3.2 排管建设原则

电缆排管均应混凝土全包封防护，排管的工作井设计为钢筋混凝土结构，使用年限不应低于50年。敷设单芯电缆的管材选用非铁磁性材料。工作井顶盖板处设置2 个安全孔，安全孔内径应不小于900mm，工作井设独立的接地装置，接地电阻不大于10Ω。

3.3 隧道建设原则

电力隧道采用单侧支架设计，通道不小于900m，支架应采用双侧设计，通道不小于1000mm。电缆隧道内需形成环形接地网，变电所进出线电力隧道接地网应与变电所接地网两点及以上相连接，接地装置的接地电阻应小于5Ω，综合接地电阻应小于1Ω，隧道工作井的人孔内径不应小于900mm。

4 变电站电缆出线及廊道规划注意事项

对太原地区某220kV 变电站施工图审查阶段，核查站内电缆出线路径，发现两回电缆线路没有按照就近隧道出线原则规划，造成两回220kV电缆交叉，为后期运行维护制造困难，也有安全隐患。为避免以后设计事故发生，变电专业应该合理规划站内电缆线路敷设路径，积极与线路专业沟通规划成果，内部校审完成之后，签订好图纸，最终避免电缆线路交叉。

对本项目220kV 变电站核查出线廊道规划情况，发现多条并行的电缆隧道转弯半径无法满足规范要求，可能导致后期敷设电缆造成安全隐患，原变电站出线隧道情况如图1所示。为了避免该设计事故发生，在规划变电站出线廊道时，应该根据隧道敷设最高电压等级电缆，设计转弯半径，按照实际比例作图，避免出线廊道规划错误，为后期敷设电缆提供安全运行条件[2-3]，修改后的变电站出线隧道情况如图2所示。

图2 修改后的变电站出线隧道情况

5 电缆在管沟中敷设位置注意事项

某220kV变电站，阶段踏勘现场已经管沟，涉及过排洪渠的拉管规模满足本期两回电缆敷设要求。待初设阶段再次核查现状管沟，发现过河拉管只剩下2 孔，被其他电缆占用了6 孔，规模不满足要求。前期办理协议没有明确电缆敷设孔位，造成项目退回可研，重新设计。为了避免以后该设计事故发生，线路电气专业在可研阶段，应该把电缆在管沟中敷设位置明确，产权单位是供电局的，需要将电缆敷设位置图盖章后上报发展策划部备案。产权非供电局，需要办理路径协议，协议中明确电缆敷设位置。原路径和新建对比如图3所示。

图3 原路径和新建对比

6 电缆截面选型注意事项

按照陕西地区审查项目经历，一座330kV变电站按照系统要求，采用两回110kV 电缆线路出线，项目全线采用隧道、综合管廊、桥架、拉管敷设。敷设条件比较复杂。

结合《接入系统方案设计》总体设计对110kV供电线路供电能力的要求，本工程新建110kV电缆线路的载流量应该满足本远期共计139.6MW（依据用户提供资料，一期、二期需要系统提供最大负荷分别为39.6MW、100MW）负荷的用电需求，考虑功率因数0.9。然后依据如式（1）所示：

求得Ⅰ=814A。

式（1）中：Ⅰ为电流；U为电压；P为有功功率；cosφ为功率因数。

则所选110kV 导线的载流量不应低于814A，本工程新建110kV线路采用全电缆导线，根据某电缆厂家的电缆参数。

不同截面的铜导线载流量见表1。

表1 不同电缆截面对应载流量

由研究结果可以看出，本项目的电缆选型存在两个问题。一是电缆载流量只参考厂家提供的数据未进行验算，忽视电缆敷设方式、环境条件以及多回路同路径敷设的影响。二是因为电缆运行过程会发生发热现象，不同环境的热阻也是不同的，热阻的不同，会影响电缆的散热，然后对电缆的载流量产生影响。

为了避免以后同类型设计问题发生，在项目接入系统阶段，应该做好相关工程的系统报告分析，明确导体截面选择需要满足的最小载流量。然后由线路电气专业通过专业的计算软件，对相关项目的电缆线路各种敷设条件，建立计算模型，针对特殊敷设方式、环境条件、敷设电缆的数量等计算出电缆载流量，然后反推是否满足本工程系统报告要求的最小载流量。

7 太原地区常用电缆敷设方式选择

太原地区常用的电缆敷设方式有排管敷设、电缆隧道敷设。具体如下：

一是排管敷设方式。将电缆穿入地下已建成的管道中的电缆敷设方式，排管敷设方式具有很多优点，即排管方式施工快、开挖的工作坑小、硬化路面狭小位置、地下管线密集地区、可以在道路车流量大的位置使用等，排管敷设方式可以减少工程造价。由于穿管敷设方式对电缆散热条件较差，对电缆传输能力影响很大。所以，一般110kV及以下电压等级线路采用排管敷设方式。

二是电缆隧道敷设方式。将高压电缆安装在隧道内的敷设方式，根据国家电网公司的企业标准要求，考虑电缆和隧道的在线监测装置。但是隧道施工不容易，隧道的工程造价很高。但是电缆隧道敷设方式对电缆的检修方便，且隧道防尘、防水及防盗性能好，电缆散热条件好，几乎不影响电缆传输能力。110kV 及以上高压线路、回路数较多的电缆采用该种隧道敷设。

8 电缆排列方式选择

高压电力电缆线路通常选用的排列方式有品字形接触排列、品字形非接触排列、水平排列、垂直排列等方式。

高压电缆采用品字形接触排列，三相电缆中每一相电缆的金属套上的感应电势是相等的，并且三相电缆接触着，占据隧道空间较小，敷设方便，但电缆发生故障后，检修电缆难度较大，靠隧道壁侧电缆需要带电移动，且相互间散热条件较差，对电缆传输能力稍有影响。在电缆管沟空间有限的情况下，电缆回路数较多的时候，能够满足电缆载流量要求的情况下，选用品字形接触排列敷设方式。

电缆线路品字形非接触排列时，三相电缆中每一相电缆的金属套上的感应电势相等，这三相高压电缆之间的距离大概有200～600mm，电缆占用隧道内的空间大，但是电缆敷设方便，在电缆发生故障时，其他相邻两相电缆一般不受影响，相互间散热条件较好，影响电缆传输能力较小。在电缆管沟空间富裕情况下，电缆回路数较小，选用品字形非接触排列敷设方式。

电缆线路水平排列时，排列在中间的那相电缆的金属套上的感应电势最小，排列在两边电缆的金属套感应电势大约是中间电缆的1.5倍。这种排列方式占用电缆空间的宽度，但是这种电缆敷设方便，在电缆发生故障时，其他相邻电缆不受影响，相互间散热条件较好，不影响电缆传输能力。通常情况下，电缆管沟宽度富裕情况下，电缆回路数较多，选用该种敷设方式。

电缆线路垂直排列时，三相电缆之间的距离大，占据隧道垂直空间大，但是电缆敷设方便，在电缆发生故障时，其他相邻电缆不受影响，相互间散热条件较好，不影响电缆传输能力。通常情况下，电缆管沟高度富裕，宽度不够，电缆回路数较少的时候，选用垂直排列敷设方式。

9 结语

线路电气专业在电缆线路设计中，按照以上原则和注意事项，对高压电缆项目的从前期路径规划、导体截面选择、管沟敷设方式选型等，可以避免因设计人员考虑不周到而发生的设计质量问题，确保电网安全稳定运行，减少故障发生率。