关于高压电力电缆设计技术的研究

摘要：高压电力电缆的设计是电力设计中一个关键部分，只有将电缆的设计技术研究透彻，才能使电力事业拥有更好的发展。就高压电力电缆的设计技术进行了研究，总结出了一些关键因素，以期为完善相关工作提供一些参考。

关键词：高压；电缆设计；接地方式；技术研究

作者简介：阮勇（1981-），男，安徽合肥人，中国能源建设集团安徽省电力设计院，工程师。（安徽 合肥 230601）

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0235-02

某新建撮镇变至冷板变电缆线路所经地区地下管网密集，该路段为市区繁华地段，含原有水管、高压电缆、有线电视管线、通讯管线、煤气管等等。为了更好地设计出电力电缆，在设计过程中就需要根据实际情况，结合运行维护、投资以及施工等，设计出一套科学合理的方案。本文主要是根据电力电缆设计原则对范例进行分析和探讨。

一、电缆型式与截面的选择

根据《电力工程电缆设计规范》和《高压电缆选用导则》，对于那些需保持连接、具有高可靠性回路的电力电缆应采用铜芯。考虑本工程需将电缆敷设在管中或细沙中，当地温取30℃，埋深取1.0m，土壤热阻系数取2.1K·m/W，电缆水平排列间距为0.225m时，此时选用的铜导体电缆为XLPE-800mm2，这时双回路敷设时每相的最大载流量将会达到690A左右，因此，本工程主要采用交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆（单芯）。

当选用此电缆型号后，本线路的输送容量将达到13万千伏安，完全满足输送容量的要求。系统输送容量决定高压电缆截面大小和线芯材质的选择。电缆载流量的大小计算比较复杂，因为它不仅仅与缆芯结构及截面有关，还与护层的接地方式、敷设方式及电缆的布置有关，因此，在实际工程设计中，一般可以直接将电缆制造厂所提供的载流量作为设计依据。[1]

二、电缆的分段及护层的接地方式

电缆的分段需要综合多方面因素来考虑，电缆的段数一般都是3的倍数，但其需要根据电缆周围的地理环境合理选择接头工井的位置以及护层感应电压的大小。在完成分段之后就需要将护层进行交叉互联连接。[1]

电缆运行数值与负荷电流和电缆长度成正比，但是电缆在正常运行情况下需要在铝护套上产生感应电势，其PVC外护套（电缆外护套）要耐受这感应电势，当感应电势比较高就会造成电缆外护套绝缘损坏，导致多点接地，此时电能损耗会随着铝护套上的感应环流增大而增加，电缆上的温度也随之会增高，电缆输送容量则会降低。为了让电缆运行时达到最经济最安全的目的，就需要将铝护套上的感应电势控制在安全值范围之内，并尽可能减少电缆铝护套上的环流损失，此时就需要采用交叉互联连接的接地方式并将其进行分段。[2]电缆护层接地方式有很多种，本文重点介绍的是本工程所选取的护层接地方式：

（1）三相护层交叉互联两端接地。它主要是用于电缆的线路比较长而其中一端接地不能满足要求时。

（2）三相护层一端接地（或两端）经接地保护器接地，其中另一端（或中间一处）互联接地。

（3）三相护层两端分别并联接地。

护层接地方式的选择需要科学合理，因为它的合理选择不仅可以降低电缆及线损绝缘层的老化，还能保证整条线路安全可靠运行。根据相关经验，不能完全划分出一个交叉互联单元的3段电缆，但只要各段之间的相差长度在15%之内还是可以的。当单根电缆长度小于800米时，一般是不需要分段的。[3]

三、电缆护层感应电压计算

计算电缆正常工作时护层感应电压，需要参照《电力工程电气设计手册》表17-52进行。由于篇幅有限，本文就不在此详细列举计算过程了。

四、电力电缆的敷设

常用的电力电缆敷设方式主要有五种：排管、电缆桥架、电缆隧道、电缆沟以及直埋等。为了保证电力电缆能顺利通过，电力电缆敷设的选择就不仅仅要科学合理，而且还需要综合考虑现场的实际情况。如果电缆路径比较长，那么此时的电缆敷设就可以采用多种方式组合。[4]

本工程一般的电缆沟槽均采用的是隐蔽式设计，但撮镇变出口除外，它主要采用的是砖砌电缆综合沟。一般的砖砌电缆沟槽是在人行道及绿化带下，在敷设好电缆之后再将原有的土进行回填，恢复到原有绿地。其中在设计盖板时所考虑的商业堆载为1t/m2，沟槽盖板采用的都是预制钢筋混凝土盖板。盖板设计荷载应随着局部荷载的增加而增加，例如局部地段铺人行道方砖。电缆顶管处两端和过路埋管的地方需要设置工井，在完成敷设之后需要在工井内充沙。工井采用预制梁板结构，砖砌井沟壁，活动顶盖，一般情况下是不行车，只考虑行人。[4]本工程电缆在通过主干道路时，穿越方式采用的是导向钻进非开挖铺设MPP电力电缆护套管的方法，这主要是因为市政不允许进行封路和大开挖埋管作业；如果是通过非主干道时，采用的就是破路开挖埋管。

五、高压电缆及其附件的布置与安装

1.电缆排列方式

单芯电缆三相排列一般可以分为三种排列方式：等边三角形、垂直排列、水平排列排列。等边三角形排列三相对称。而垂直和水平排列三相都存在阻抗不对称、互感不等的问题，故线路较长时需换位。等边三角形排列一般很少采用，主要是因为施工难固定等其他因素。垂直或水平排列一般是用在电缆沟、排管、直埋等长距离敷设方式下。[4]

2.固定要求

（1）在斜坡或垂直的高位侧，应该要有大于2个或者2个以上的刚性固定。

（2）电缆上的转弯、终端或接头处紧邻部位，至少要有1个刚性固定。

（3）电缆蛇形敷设的每一个节距部位，应该用挠性固定。而蛇形转换成直线敷设的过渡部位，则需要用刚性固定。

3.电缆保护管

C-PVC保护管、玻璃钢管是电缆保护管中通常采用的两种保护管。选择电缆保护管时，需要满足一定的使用条件，满足所需的机械耐久性和强度的要求。对于一些特殊的情况，不得使用未分隔磁路的钢管，比如说使用交流单相电缆以单根的形式穿管时。

4.电缆支架的特殊要求

对于电缆支架的材质是有要求的，一般情况下要求钢制，但当单相工作电流较大时，比如说交流单相大截面电缆工作电流达到1450A时，就会损坏钢制电缆支架，造成铁损。这就不能再使用钢制的电缆支架。目前在国内外玻璃钢化电缆支架的使用也变得比较普遍，此支架的强度和钢制支架相比相差不大，但有极强的无电能损耗、耐腐蚀功能。[5]

5.电缆附件布置及安装

（1）电缆中间接头。电缆中间接头一般采用的是整体预制，它的接头可以分为两种：直通中间接头和绝缘中间接头，这两种接头的外壳都是玻璃钢，可防水。一般在电缆接头的地方都设置了专用的电缆接头工井。接头工井一般规格是20米或10米长，主要是方便电缆的蛇形敷设和伸缩安装。一般电缆接头首先是放在沙袋上固定，在完成施工作业之后再充沙填埋。

（2）电缆终端的选择与连接。电缆终端一般可以分为三种：干式硅橡胶终端、瓷套式终端以及GIS终端。这三种终端方式运用的地方也不同，其中干式硅橡胶终端一般是用在架空线路与电缆相连接时电缆上铁塔，此时就需要采用合理的固定方式固定好终端和电缆，通常采用的方式就是首先用绝缘子串将电缆终端拉直之后再将其固定在铁塔横担的中间。瓷套式终端一般是用在敞开式变电站进线构架的地方，而GIS电缆终端则是用在GIS变电站内。目前我国电缆T接头使用技术还不够成熟，如果几回电缆线路需要T接时，那么就可以直接建一个T接房，然后用干式硅橡胶终端或导线将瓷套式终端进行T接。为了防止导线的动力使硅橡胶终端弯曲，损坏电缆终端和造成安全事故，在使用干式硅橡胶终端进行T接时，就需要采用硬连接方式。[6]

（3）避雷器的选型及安装。避雷器的选型需要根据工程实际情况和避雷器的选型相关规定来选择，在铁塔和高压单芯电缆相连接的地方一般都需要装设避雷器。

六、电缆防火阻燃说明

第一，在变电站电缆竖井出线出口，各楼板、墙体、围墙出口处以及沟道出口处等电缆引出口采用防火堵料封堵。

第二，将防火堵料封堵在变电站电缆竖井出线出口，此外，还需要将防火材料涂刷在孔口两端的电缆各大于2米的区段，其中涂刷需要分3～4次涂刷，其厚度则需要大于1mm。

第三，选用的电缆通常防水性能比较好，其中聚乙烯（PE）护套是防水性能最好的，为了更好地阻燃，还需要选用埋沙的方式进行防火。

第四，将防火涂料涂刷在并列邻近的其他电缆上以及其中间接头两侧各3米区段内。

第五，将防火堵料封堵在电缆穿越各保护管管口处。

七、结束语

要做好高压电力电缆的敷设设计，一定要重视文中提到的一些关键因素，否则便不能达到好的效果，甚至会带来一定的安全隐患。只有做到严格按照相关规定来对设计把关，才能确保工程质量。

参考文献：

[1]宋钢.综述高压电力电缆设计[J].硅谷，2011，（10）：35，73.

[2]孙静.高压电力电缆局部放电检测技术研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[3]卞佳音.高压电力电缆故障监测技术的研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[4]叶国文.110kV及以上高压电缆线路的接地系统[J].广东科技，2010，（16）：92-94.

[5]罗江，朱红艳.论单芯电缆线路接地系统的处理[J].科技情报开发与经济，2007，（31）：238-239.

[6]DL/T 5221-2005，城市电力电缆线路设计技术规定[S].2005.