冉小飞
国网大同供电公司运维检修部电缆运检室 山西省大同市 037038
摘要：在大中城市的输变电工程中,由于出线走廊的限制及市政规划的要求,110KV及以上输电线路采用电缆入地已成为构建和美化现代化城市的必然要求,由于城区市政管线及地下构筑物繁多,给电缆路径的选择增加了困难,合理的选择电缆型式及敷设方式,提出优秀的设计方案,不仅能降低工程造价和施工难度,而且还给运行维护带来方便,本文就110KV及以上电力电缆线路的设计原则进行分析,旨在总结设计经验,抛砖引玉,向优秀的设计方向的迈进。
关键词：电力电缆；线路设计；原则；分析
随着城市供电负荷的快速增长,110kV及220kV室内GIS变电站及地下变电站已经得到厂泛应用，配套的输电线路均采用电缆出线,因此大容量,长距离的电缆线路设计成为可能,同时新建电缆线路与原有电缆线路、架空线路的设计原则和连接方式,成为电缆线路设计的新命题。本文以某工程的电缆线路设计为范例,对110kV及以上电力电缆线路的设计原则进行分析和探讨。
一、电缆型式与截面的选择
根据《高压电缆选用导则》及《电力工程电缆设计规范》,对于重要电源等需要保持连接具有高可靠性回路的电力电缆，应采用铜芯。本工程采用交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆(单芯),当地气温3℃,考虑本工程电缆敷设在细沙及保护管中,土壤热阻系数取21Kmw,埋深取10m,电缆水平距为0.225m时,选用的XLPE800mm2铜导体电缆,双回路敷设时每相的最大载流量约为970A，此时本线路的输送容量为13万千伏安,满足系统输送容量要求
原则浅析:高压电缆的线芯材质和截面大小应根据系统输送容量选择。电缆载流量不仅取决于截面及结构,还与敷设方式,电缆的布置及护层的接地方式有关,其计算比较复杂,一般工程设计中，可参照电缆制造厂提供的载流量。
二、电缆的分段及护层的接地方式
电缆在正常运行情况下要在金属护套上产生感应电势, 其数值与电缆长度和负荷电流成正比, 电缆外护套绝缘性能要耐受这部分感应电势, 如感应电势过高使PVC外护套绝缘损坏造成多点接地时, 铝护套上将产生较大的感应电流,增加了电能损耗, 并使电缆温度增高,加快了电缆绝缘老化的同时降低了输送容量。为消除电缆金属护套上的环流损失, 达到经济运行目的, 同时将铝护套上的感应电势控制在安全值范围之内,需将护套分段并采用交叉互联连结的接地方式。电缆的分段是根据护层感应电压的大小, 以及周围的地理环境合理选择接头工井的位置, 将电缆分成三的倍数段（均衡的三小段）,将护层进行交叉互联连接。下面是本工程选取的护层接地方式:
原则浅析: 护层接地方式有以下几种:
（一）三相护层两端分别直接接地或对于较短的线路，可采用中间一点接地或单端接地加回流线方式；
（二）三相护层一端(或中间一处)直接接地，另一端（或两端）经接地保护器接地：
（三）当线路较长，一端接地不能满足要求时，可采用三相护层交叉互联两端接地。
三、电缆护层感应电压计算
电缆正常工作时护层感应电压计算公式参见《电力工程电气设计手册》表17-52。根据《电力工程电缆设计标准》GB 50217-2018中,第4.1.11条:“交流单芯电力电缆金属套上应至少在一端直接接地，在任一非直接接地端的正常感应电势最大值应符合下列规定:
(1)未采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时，不得大于50V；
(2)除本条第1款规定的情况外，不得大于300V”
本工程110千伏古城变电站至太和变电站、御东变电站至太和变电站电缆各分成6段形成2个完整交又互联,电缆铝护层在正常负荷电流时最大感应电压小于80伏。
四、电力电缆的敷设
电缆敷设典型方式有:直埋、排管、电缆沟、电缆隧道、电缆桥架等。根据现场的实际情况,合理的选择敷设方式,保证电缆的顺利通过。如果电缆路径很长,可能需要用到多种敷设方式组合。如在变电站内用隧道或竖井敷设,出站后开阔地段采用隧道或电缆沟敷设,路径狭窄处采用埋管敷设等，本工程太和变电站出口采用现浇混凝土电缆综合沟,其余电缆沟槽采用隐蔽式设计。常规电缆沟槽位于绿化带及人行道下,电缆敷设好并回填土后恢复原有绿地或路面。电缆沟沟壁宜高出地坪100mm。考虑排水时，可在电缆沟上分区段设置现浇钢筋混凝土渡水槽，也可采取电缆沟盖板低于地坪300 mm，上面铺以细土或砂。电缆沟沟壁、盖板及其材质构成应满足承受荷载和适合环境耐久的要求。沟槽和盖板均采用预制钢筋混凝土盖板，盖板设计应充分考虑负重荷载，局部地段如铺人行道方砖,盖板设计荷载相应增加。
电缆过路埋管管处两端设置工井,工井采用砖砌井沟壁,预制梁板结构,活动顶盖最考虑只行人,不行车，此外工井盖板应使得专业工作人员外的一般人不容易开启，以预防任意进入的危险，为此，不仅需盖板具有足够重的重量，而且需使用特殊的开启工具，
本工程电缆通过非主干道时,采用破路开挖埋管:通过主干道路时,由于市政不允许封路大开挖埋管作业,采用非开挖钢筋水泥顶管掘进的方法穿越。
五、高压电缆及其附件的布置与安装
（一）电缆排列方式
单芯电缆三相排列可分水平排列、垂直排列、等边三角形（品字型）排列，水平和垂直排列均存在三相互感不等、阻抗不对称的问题，故线路较长时需换位等边三角形排列实现三相对称，目前直埋排管、电缆沟等长距离敷设方式下,一般采用水平或垂直排列，等边三角形排列因施工固定难等其他因素,较少采用。
（二）固定要求
1.在终端、接头或转弯处紧邻部位的电缆上,应有不少于一处的刚性固定。
2.在垂直或斜坡的高位侧,宜有不少于2处的刚性固定。
3.电缆蛇形敷设的每一个节距部位宜挠性固定:蛇形转换成直线敷设的过渡部位,宜刚性固定。
（三）电缆保护管
通常采用MPP、PVC保护管，保护管的选择,应满足使用条件所需的机械强度和耐久性,当交流单相电缆以单根穿管时不得用未分隔磁路的钢管，当因机械强度要求使用钢管时.可以将钢管轴向全长进行切割1厘米的开口然后用铜条将该切口焊上,达到切断磁路的目的.保证了钢管的机械强度。
（四）电缆支架的特殊要求
电缆支架除支持单相工作电流大于1000A的交流系统电缆情况外.宜用钢制。
交流单相大截面电缆工作电流大于1500A的工作电流时，金属支架会对电缆传输产生损耗，损耗可达16W/m，因此支架构造宜具有防止横向磁路闭合等附加发热措施,有的国家工程中对大截面电缆的支架采用由不锈钢、玻璃钢或铝合金等非磁性材料制。《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007中要求电缆支架除支持工作电流大于1500A的交流系统单芯电缆外，宜选用钢制。当载流量大于1500A，目前使用广泛的是奥氏体不锈钢，具备钢制支架的强度，而且耐腐蚀、无电能损耗。
（五）电缆附件布置及安装
1、电缆中间接头安装
电缆中间接头分为绝缘中间接头和直通中间接头.一般釆用整体预制玻璃钢防水外壳，安装电缆接头的地方设置专用的电缆接头工井，本文范例的工程采用电缆中间接头相接，接头工井一般规格是10米或20米长,便于电缆的伸缩安装和蛇形敷设。电缆接头放置在专用接头支架上,施工完毕后对接头两侧设置不少于2处的刚性固定。
2、电缆终端的选择与连接
电缆终端一般分为GIS终端、瓷套式终端、干式硅橡胶终端等，用于GIS变电站与电缆出线连接使用干式GIS终端，电缆终端出线在敞开式变电站进线构架处用瓷套式终端，在电缆与架空线路相连接时，电缆上铁塔处及人员密集区域采用复合套式终端，当几回电缆线路需要T接时,因目前国内还没有成熟的电缆T接头使用,可建一个T接电缆终端站,用导线将瓷套式终端或复合套式终端进行T接:进行T接时,应防止电缆终端发生倾斜及引流线过紧等，造成安全事故和损坏电缆终端。
3、避雷器的选型及安装
根据交流电气装置的过电压保护和绝缘要求并结合工程实际情况.在高压单芯电缆与铁塔相连处一般均装设避雷器，例如某工程中选用 YHIOWX-108309型悬挂式避雷器。
（六）电缆防火阻燃说明
(1)电缆选用了防水性能较好的聚乙烯外护套,并采取具有纵向阻水的内部结构，用埋沙的方式进行防火,因此敷设完毕后工井内充细纱填埋；
(2)在变电站电缆竖井出线出口,各墙体、楼板、沟道出口处、围墙出口处等电缆引出口采用防火堵料封堵.并在孔口两端的电缆各不小于2米区段涂刷防火材料，涂刷方式沿电缆走向均匀涂刷，垂直敷设的电缆，宜自上而下涂刷；涂刷分3-5次进行，每次涂刷后，应待涂膜表面干燥后再涂，一般涂刷间隔时间为4～24h。涂刷厚度1mm左右，厚薄均匀，表面无严重流淌现象；
(3)电缆在穿越各处保护管管口处采用防火堵料封堵阻燃；
(4)在中间接头两侧各3米区段及邻近的其它电缆上，在同一长度内涂刷防火涂料。
结语
通过范例对电缆线路设计原则的逐步分析,使设计方案既能降低工程造价和施工难度, 而且还给运行维护带来方便。电缆的敷设方式、接地方式、电缆附件的选择等要根据实际情况, 灵活选择与组合, 达到优秀的设计、优秀的施工，安全的运行。
参考文献
[1] 王蛟.110KV及以上电力电缆线路设计原则浅析.应用技术，电子制作185.
[2] 孟开翔.110KV及以上电力电缆线路设计原则浅析[J].设计及选型，2017.119-120页