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

邓永标

广西电网有限责任公司柳州供电局，广西 柳州 545005

摘要：高压电缆输电线路有着较多的优势，在电力系统的整体架构中占据着核心地位。高压电缆在电力系统中所占比重较大，对线路设计的要求不断提升。在设计高压电缆输电线路时，要求根据工程的实际情况以及发展所需制定适宜的设计方案，以此来确保电力系统的整体性能。

关键词：高压电缆；输电线路；设计

1高压电缆的主要技术特点

        1.1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。

        1.2电缆金属护套或屏蔽层接地方式选择分析

        电能从发电站出来后，通过电力线路输送到城市，但并不是直接接入到用户家中，需要由高压降成正常的工作电压。这个过程中，我们需要设置一些基础设施来保障电压的转换效率。同时，由于城市的空间有限，布置接头方面存在较大难度，这给输电线路的正常运行增加了难度。同时要考虑到避免超过1OkV以上电缆的感应电压干扰，常采用的是“平行法”进行铺线。而针对较长线路的保护，一般采用的是交叉互联的方式进行。考虑到自然气候因素对线缆所造成的影响，一般会在绝缘接头两端设置保护器，避免相互之间产生干扰。

        1.3高压电缆的载流量

        高压电缆线路使用国家颁布的明确指标进行实施，因此载流量有限。实际的载流量应当结合现场需要进行设计。主要需要考虑到这四点：第一是高压电缆的安装地理条件不同；第二是高压电缆的敷设方式不同；第三是高压电缆的系统条件不同；第四是高压电缆的绝缘种类及结构不同处于绝缘层等方面考虑，电力电缆采用的是特殊的材质来进行制造的，它具有防水防腐蚀等特性，同时金属屏蔽层效果明显。虽然我们国家已经出台了相应的线缆规格标准等，但是由于行业没有一定的约束力，这就使得电缆的通用性较差，载流量不能够确定。

2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[1]。
        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]。
        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[3]。
        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： 随着电力系统的发展，高压电缆线路的设计要求不断提升，设计人员要充分考虑线路所处环境，从而合理完成电缆线路路径的选择以及电缆材料选择、连接方式选择和绝缘处理等等，从而有效降低电缆线路运行中面临的问题，提高其运行的安全性和可靠性。
        参考文献
        [1]谷雪松. 电力系统中高压电缆输电线路设计研究[J]. 电力系统装备, 2021(23):2.
        [2]张文心，卢彬，王朝辉，等.挤扩支盘桩在输电线路杆塔基础设计中的应用［J］.电力勘测设计，2021（6）：62-67.

     [3]钟宇.高压电力电缆线路的关键技术分析[J].集成电路应用，2019，3606：100-101.