论文部分内容阅读
摘 要：目前，随着城市电网的快速发展，在城市电网建设工程中，高压电力电缆被广泛应用。文章结合工作实践，主要针对110kV及以上电力电缆的设计中相关要点进行了分析，旨在为类似的工程提供参考。
关键词 110kV；电缆；选择；敷设；接地
中图分类号： F407.61文献标识码：A 文章编号：
随着城市供电负荷的快速增长，110kV及以上室内变电站及地下变电站已经广泛采用。相应配套的输电线路也全部采用电缆出线，因此大容量、长距离的电缆线路设计成为可能。本文主要论述了110kV及以上电力电缆设计中相关要点。
一、电缆选择
目前通常使用的高压电力电缆有充油(OF)电缆和交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆（以下简称XLPE绝缘电缆）两种。
充油电缆具有可靠性高、通用率较高等优点，但充油电缆用的绝缘油具有可燃性，运行中的充油电缆由于外部原因或电缆头爆炸起火易酿成严重火灾，且其敷设施工难度和复杂性较大，平常的运行维护也比较繁重，目前新敷设的电缆已较少再使用这种类型。XLPE绝缘电缆具有较好的耐热和机械性能，且运输、施工以及运行维护都很方便等优点，但其作为制成品的电缆，其在生产过程中出现杂质、水分和微孔，产生的“电树”老化、扩张，会降低电缆整体绝缘，从而降低电缆的使用寿命。但考虑运输、施工以及运行维护的方便，近年来，XLPE绝缘电力电缆在电力系统得到了广泛的使用。
二、电缆外护层的选择
电缆的金属外护层根据电缆敷设环境有所不同，主要有PE(聚乙烯)外护层及PVC（聚氯乙烯）外护层两种。PE外护层的机械性能及电气性能均好于PVC外护层，方便施工安装，但不具有阻燃性，主要适用于直埋和穿管敷设。PVC护层则具有阻燃性，适用于空气中敷设，如电缆隧道、变电站站内敷设等。
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。
三、电缆附件的选择
（1）户内电缆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90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）户外电缆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）电缆接头有绝缘接头和直通接头之分。同一交叉互联段内的电缆连接选用绝缘接头，不同交叉互联段间的电缆接头采用直通接头。
（4）110kV以上电压电缆金属外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）110kV以上电压电缆的金属外护层一端直接接地情况下，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；对在变电站、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。
四、电缆的敷设
电缆敷设方式一般有直埋、穿管、电缆沟、电缆隧道以及站内空气中敷设等。电缆敷设首先应对电缆总长度和电缆敷设所经路径有一定了解，包括各转弯位、上下坡度以及周边地下管线位置特性等因素。在计算电缆总长度时，按照规定应在电缆终端位置、电缆接头位置、过路穿管（或顶管）位置等处留有一定预量。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（110kV及以上電压等级电缆）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，总不如原电缆护套，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。因此接头位置最好在电缆沟、直埋处做好防水措施。例如直埋，可在接头位置修建一水泥槽盒，在接头处作密封处理后，再回填砂，并盖上盖板。
五、电缆金属护套的接地方式
5.1电缆金属护套两端接地
110kV及以上电压等级XLPE绝缘单芯电缆金属护套上的工频感应电压与电缆的长度和负荷电流成正比。当电缆线路很短，传输功率很小时，护套上的感应电压极小。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。
5.2电缆金属护套单端接地
当电缆线路长度在500m及以下时，电缆护套可以采用单端直接接地 （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。根据《电力工程电缆设计规范》，为了保障人身安全，非直接接地一端护套中的感应电压一般要求控制在50V以内，当电缆金属护层采取隔离措施后，不得超过300V。护套单端接地的电缆线路，还必须沿电缆线路平行敷设一回导体，导体的两端直接接地，这种导体称为回流线。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，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流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。
5.3电缆金属护套中点接地
电缆线路若采用单端接地太长时，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护套直接接地，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要求控制在50V以内，因此中点接地的电缆线路可以看做两个电缆金属护套单端接地。
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采取隔离措施后，护套上的限制电压不得超过300V，则电缆线路的长度可以增加很多。
5.4电缆金属护套交叉互联两端直接接地
5.4.1护套交叉互联方法
对于大于1000m电缆线路，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电缆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直接接地。
5.4.2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，这样的护套上就不会产生环行电流，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，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）电缆金属护套交叉互联换位：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°，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，如电缆隧道等。
六、结束语
总之，110KV及以上电力电缆的设计应结合实际情况进行，在具体工程设计中应重点考虑电缆及附件的选择、电缆路径的选择、电缆敷设方式的选择、电缆外护套接地方式等方面。在保证线路安全要求的条件下，应综合考虑各种因素，合理地设计，以便于电缆线路施工和安全运行，降低工程造价。
参考文献
[1]DL/T5221-2005 城市电力电缆线路设计技术规定[S].
[2]GB50217-94，电力工程电缆设计规范[S].
关键词 110kV；电缆；选择；敷设；接地
中图分类号： F407.61文献标识码：A 文章编号：
随着城市供电负荷的快速增长，110kV及以上室内变电站及地下变电站已经广泛采用。相应配套的输电线路也全部采用电缆出线，因此大容量、长距离的电缆线路设计成为可能。本文主要论述了110kV及以上电力电缆设计中相关要点。
一、电缆选择
目前通常使用的高压电力电缆有充油(OF)电缆和交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆（以下简称XLPE绝缘电缆）两种。
充油电缆具有可靠性高、通用率较高等优点，但充油电缆用的绝缘油具有可燃性，运行中的充油电缆由于外部原因或电缆头爆炸起火易酿成严重火灾，且其敷设施工难度和复杂性较大，平常的运行维护也比较繁重，目前新敷设的电缆已较少再使用这种类型。XLPE绝缘电缆具有较好的耐热和机械性能，且运输、施工以及运行维护都很方便等优点，但其作为制成品的电缆，其在生产过程中出现杂质、水分和微孔，产生的“电树”老化、扩张，会降低电缆整体绝缘，从而降低电缆的使用寿命。但考虑运输、施工以及运行维护的方便，近年来，XLPE绝缘电力电缆在电力系统得到了广泛的使用。
二、电缆外护层的选择
电缆的金属外护层根据电缆敷设环境有所不同，主要有PE(聚乙烯)外护层及PVC（聚氯乙烯）外护层两种。PE外护层的机械性能及电气性能均好于PVC外护层，方便施工安装，但不具有阻燃性，主要适用于直埋和穿管敷设。PVC护层则具有阻燃性，适用于空气中敷设，如电缆隧道、变电站站内敷设等。
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。
三、电缆附件的选择
（1）户内电缆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90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）户外电缆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）电缆接头有绝缘接头和直通接头之分。同一交叉互联段内的电缆连接选用绝缘接头，不同交叉互联段间的电缆接头采用直通接头。
（4）110kV以上电压电缆金属外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）110kV以上电压电缆的金属外护层一端直接接地情况下，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；对在变电站、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。
四、电缆的敷设
电缆敷设方式一般有直埋、穿管、电缆沟、电缆隧道以及站内空气中敷设等。电缆敷设首先应对电缆总长度和电缆敷设所经路径有一定了解，包括各转弯位、上下坡度以及周边地下管线位置特性等因素。在计算电缆总长度时，按照规定应在电缆终端位置、电缆接头位置、过路穿管（或顶管）位置等处留有一定预量。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（110kV及以上電压等级电缆）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，总不如原电缆护套，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。因此接头位置最好在电缆沟、直埋处做好防水措施。例如直埋，可在接头位置修建一水泥槽盒，在接头处作密封处理后，再回填砂，并盖上盖板。
五、电缆金属护套的接地方式
5.1电缆金属护套两端接地
110kV及以上电压等级XLPE绝缘单芯电缆金属护套上的工频感应电压与电缆的长度和负荷电流成正比。当电缆线路很短，传输功率很小时，护套上的感应电压极小。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。
5.2电缆金属护套单端接地
当电缆线路长度在500m及以下时，电缆护套可以采用单端直接接地 （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。根据《电力工程电缆设计规范》，为了保障人身安全，非直接接地一端护套中的感应电压一般要求控制在50V以内，当电缆金属护层采取隔离措施后，不得超过300V。护套单端接地的电缆线路，还必须沿电缆线路平行敷设一回导体，导体的两端直接接地，这种导体称为回流线。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，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流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。
5.3电缆金属护套中点接地
电缆线路若采用单端接地太长时，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护套直接接地，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要求控制在50V以内，因此中点接地的电缆线路可以看做两个电缆金属护套单端接地。
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采取隔离措施后，护套上的限制电压不得超过300V，则电缆线路的长度可以增加很多。
5.4电缆金属护套交叉互联两端直接接地
5.4.1护套交叉互联方法
对于大于1000m电缆线路，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电缆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直接接地。
5.4.2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，这样的护套上就不会产生环行电流，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，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）电缆金属护套交叉互联换位：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°，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，如电缆隧道等。
六、结束语
总之，110KV及以上电力电缆的设计应结合实际情况进行，在具体工程设计中应重点考虑电缆及附件的选择、电缆路径的选择、电缆敷设方式的选择、电缆外护套接地方式等方面。在保证线路安全要求的条件下，应综合考虑各种因素，合理地设计，以便于电缆线路施工和安全运行，降低工程造价。
参考文献
[1]DL/T5221-2005 城市电力电缆线路设计技术规定[S].
[2]GB50217-94，电力工程电缆设计规范[S].