高壓電纜線路設(shè)計(jì)

高壓電纜線路設(shè)計(jì)摘要：社會(huì)在不斷地進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)也在飛速地發(fā)展，而目前交流輸電電壓呈現(xiàn)出飽和的趨勢(shì)，輸電技術(shù)也得到了改革和發(fā)展。輸電技術(shù)突破了傳統(tǒng)提高輸電電壓等級(jí)而是轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣唠娏?yīng)。輸電線路在這個(gè)范圍內(nèi)起著主導(dǎo)作用，它是電網(wǎng)運(yùn)行的命脈，也是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的生命線，解決了電能輸送問(wèn)題和電能優(yōu)化陪著的問(wèn)題，但是在能源輸送過(guò)程中卻有著十分脆弱的一面，容易受到外力的破壞和影響，一旦出現(xiàn)這種傾向，必然會(huì)造成十分嚴(yán)重的影響，使得局部區(qū)域大面積停電，甚至瓦解電網(wǎng)，這為社會(huì)的發(fā)展和人們的生活帶來(lái)了不利的影響。關(guān)鍵詞：高壓；電纜；線路；設(shè)計(jì)前言目前，在世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中，已經(jīng)把電力工業(yè)納入各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力工業(yè)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)生活的作用也愈發(fā)重要，它不僅對(duì)于社會(huì)的穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著及其重要的作用，同時(shí)對(duì)于人們的生活有著極大的影響。因此，我們能夠看出，電能作為一種能源對(duì)整個(gè)社會(huì)和人類(lèi)的重要性。隨著我國(guó)社會(huì)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平的提高，我國(guó)的電力工業(yè)也有著新的發(fā)展要求，我國(guó)的電力工業(yè)已被納入了世界先進(jìn)水平行列，在電力技術(shù)和管理層面都得到了迅速發(fā)展。在目前國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的態(tài)勢(shì)下，能夠合理開(kāi)發(fā)利用我國(guó)動(dòng)力資源，能夠用較少的成本滿(mǎn)足社會(huì)和人類(lèi)生活的需求，這也是我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及運(yùn)行的根本任務(wù)和目標(biāo)。因此，我們應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)電力專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，不斷適應(yīng)目前電力行業(yè)的發(fā)展以及人類(lèi)社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的需求，完成輸電線路設(shè)計(jì)提出的新要求。一、電纜分段及護(hù)層的接地方式（一）電纜選型概述按照系統(tǒng)所要求的輸送容量選擇電纜的截面面積，從而計(jì)算出電纜的最大載流量，這是電纜選型最重要的任務(wù)。有很多因素制約著電纜的輸送容量和安全運(yùn)行，因此，應(yīng)該全面分析和考慮在電纜選型設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)、設(shè)備以及環(huán)境等方面的問(wèn)題，能夠最大程度地保證其安全性和經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)計(jì)算能夠看出，電纜運(yùn)行的最大臨界數(shù)值也就是電纜最大載流量數(shù)值，因此我們能夠得出，如果電纜在此電流數(shù)值條件下運(yùn)行，那么它也就表明自身的載流能力處于最大值，一旦環(huán)境和系統(tǒng)發(fā)生一些變化，就會(huì)造成超負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)象。所以我們應(yīng)該重視這一方面的問(wèn)題，能夠保證載流量保留一定的量度，能夠在一些突發(fā)的變化發(fā)生時(shí)有一定的自衛(wèi)能力，這對(duì)于電纜的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的，能夠有效防范一些突發(fā)的危險(xiǎn)現(xiàn)象而造成的巨大損失和危害。在這個(gè)過(guò)程中我們常常會(huì)選擇一些電纜絕緣材料，但是我們應(yīng)該意識(shí)到這些絕緣材料對(duì)于溫度的承受能力也是有限度的，一旦超出這個(gè)限度，那么就會(huì)發(fā)生一些事故。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，我們?cè)趯?shí)際選擇電纜導(dǎo)體截面規(guī)格時(shí)，應(yīng)該選取正常運(yùn)行條件下電纜導(dǎo)體運(yùn)行溫度的安全限值，能夠最大化的避免由于超溫造成的絕緣材料老化、溶解，甚至是短路事故。通過(guò)研究表明，通常情況下，電纜導(dǎo)體長(zhǎng)期運(yùn)行的最高溫度為90℃,短路時(shí)(最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)5s)電纜導(dǎo)體的最高溫度為250℃。（二）電纜護(hù)套感應(yīng)電壓的產(chǎn)生在電纜導(dǎo)線通過(guò)交流電流的過(guò)程中，電纜導(dǎo)線周?chē)囊徊糠执帕?huì)與屏蔽層發(fā)生鉸鏈，從而使屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓。電纜線路的長(zhǎng)度和流過(guò)導(dǎo)線的電流越大，感應(yīng)電壓就會(huì)越大，所以當(dāng)電纜足夠長(zhǎng)時(shí)，整體產(chǎn)生的感應(yīng)電壓就會(huì)危害人們的生命安全；如果線路出現(xiàn)了短路或遭受操作過(guò)電壓或雷電過(guò)電壓時(shí)，那么其屏蔽層上的感應(yīng)電壓值會(huì)達(dá)到極限，絕緣護(hù)套會(huì)被擊破。如果形成了閉合通路，那么在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生環(huán)形電流，因此會(huì)造成巨大的環(huán)流損失，出現(xiàn)電纜發(fā)熱的情緒，使電纜的使用壽命在很大程度上減少，在一定程度上損害了電纜的使用，這對(duì)于電纜的作用的發(fā)揮是非常不利的。（三）感應(yīng)電壓的限制措施因此，我們應(yīng)該采取有效的措施來(lái)限制感應(yīng)電壓，能夠較小甚至消除由于電壓過(guò)高而對(duì)電纜運(yùn)行造成的危害，所以我們應(yīng)該確保電纜護(hù)套對(duì)地有良好的絕緣作用，保證電纜屏蔽能夠合理的接地，同時(shí)在安裝過(guò)程中，在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，應(yīng)按照線路的不同采取相應(yīng)的連接和接地方式以及裝置護(hù)層絕緣保護(hù)器等，從而能夠有效避免電纜護(hù)層遭到破壞。（四）電纜線路的防雷與接地1、防雷在電纜線路防雷層面，應(yīng)該注意采用氧化鋅避雷器防護(hù)由架空線侵入的雷電過(guò)電壓，應(yīng)該使用護(hù)層絕緣保護(hù)器來(lái)保護(hù)電纜外化層。220kV氧化鋅避雷器型號(hào)：Y10W200/496W，爬距不小于7040mm，適用環(huán)境與戶(hù)外電纜終端頭相同，同時(shí)應(yīng)附帶放電計(jì)數(shù)器和泄漏電流監(jiān)視器。為了保證意外事故的發(fā)生，應(yīng)該在電纜金屬護(hù)套不直接接地端裝設(shè)外護(hù)層絕緣保護(hù)器，當(dāng)金屬護(hù)層上的感應(yīng)電壓接近電纜外護(hù)層的絕緣水平時(shí)，能夠有效發(fā)揮保護(hù)器的作用。2、接地在電纜線路接地層面，應(yīng)該采用金屬護(hù)套交叉互聯(lián)或單點(diǎn)接地系統(tǒng)。在這個(gè)過(guò)程中沿線電纜溝道兩側(cè)均布置角鋼接地，角鋼用遇水膨脹橡膠條(緩脹型)包一圈，并熱鍍鋅以避免被腐蝕。（五）電纜線路工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介對(duì)于電纜線路工程的設(shè)計(jì)，主要是在電力基本建設(shè)項(xiàng)目施工前對(duì)基建工程進(jìn)行的全面規(guī)劃與設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)按照批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，在勘測(cè)工作的條件下，依據(jù)技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)合理性原則對(duì)基本的建設(shè)工程作出全面的思考和計(jì)算，從而做出的文件或紙質(zhì)設(shè)計(jì)。電力系統(tǒng)組成的一個(gè)相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)就是電纜線路，它把我這輸送電能的命脈，它的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)以及電網(wǎng)的安全和使用都有著極其重要的影響。電纜線路工程設(shè)計(jì)主要有以下幾方面：（1）根據(jù)電纜線路所在區(qū)域的電網(wǎng)規(guī)劃狀況來(lái)說(shuō)明該地區(qū)的電網(wǎng)現(xiàn)狀和電路工程建設(shè)，能夠?qū)υ摼€路工程的電力系統(tǒng)方案以及其他線路的規(guī)劃作出必要的簡(jiǎn)述說(shuō)明，最后能夠?qū)﹄娎|線路的建設(shè)過(guò)程作出論述，并要簡(jiǎn)單介紹本次工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和范圍。（2）線路路徑選擇及電纜選型a)能夠詳細(xì)介紹此次方案的沿線地形、地質(zhì)、水文、林區(qū)、主要河流、鐵路、地鐵、二級(jí)以上公路、城鎮(zhèn)規(guī)劃、環(huán)境特點(diǎn)、特殊障礙物情況，并對(duì)各方案進(jìn)行對(duì)比，選擇初最佳方案。b)根據(jù)系統(tǒng)要求的輸送容量、系統(tǒng)最大短路電流時(shí)熱穩(wěn)定要求、工程特點(diǎn)、敷設(shè)環(huán)境和以往工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定電纜截面和型號(hào)。（3）電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)a)根據(jù)電壓等級(jí)、電纜絕緣類(lèi)型、安置環(huán)境、污穢等級(jí)、作業(yè)條件、工程所需可靠性和經(jīng)濟(jì)性等要求說(shuō)明電纜附件的型號(hào)規(guī)格，包括終端頭、中間接頭、交叉互聯(lián)箱、接地箱、交叉互聯(lián)電纜、接地電纜、護(hù)層保護(hù)器等。b)根據(jù)系統(tǒng)短路容量、電纜芯數(shù)、電纜長(zhǎng)度和電纜正常運(yùn)行情況下的線芯電流，說(shuō)明電纜線路接地布置及其分段長(zhǎng)度，并根據(jù)電纜通道空間、接頭井分布、電纜分段情況說(shuō)明電纜接頭的排列布置方案。c)根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃、電纜進(jìn)出線情況確定電纜終端站和終端塔的規(guī)模、布置方案及選型。（4）線路典型路段布置按照政府對(duì)于管線規(guī)劃的要求以及現(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)際情況，能夠?qū)﹄娎|線路經(jīng)過(guò)的地段以及處理方案有所掌握。（5）環(huán)保及節(jié)能分析能夠?qū)﹄娎|線路的環(huán)境影響做出詳細(xì)的說(shuō)明，同時(shí)能夠針對(duì)此次方案提供一些好的措施。二、回流線的選擇與布置要求（一）回流線的選擇我們可以按照《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)要求來(lái)做出相應(yīng)的選擇，為防止電纜線路附近信號(hào)電纜產(chǎn)生巨大的感應(yīng)電壓，為降低短路時(shí)護(hù)套的感應(yīng)電壓，應(yīng)該在110kV及以上單芯電纜金屬護(hù)層單點(diǎn)直接接地時(shí)，應(yīng)該保證互聯(lián)及接地的那一端線路是否裝置有優(yōu)質(zhì)的回流線。裝置回流線的有點(diǎn)就是能夠短路事故中造成的電流回流至中性點(diǎn)的問(wèn)題。一旦回流線的接地網(wǎng)在接地的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，其本身在接地過(guò)程中會(huì)承載大部分接地電流。在這個(gè)過(guò)程中干回流線的接地電流和部分電纜導(dǎo)線接地電流的方向相反，因此在這個(gè)過(guò)程中二者產(chǎn)生的磁通有一部分會(huì)相互抵消，回流線的作用就會(huì)發(fā)揮出來(lái)，如圖2-1所示。圖2-1回流線分流示意圖我們從圖2-1能夠看出，有兩種方案能夠使回流線分流，第一是降低接地電阻，第二是降低以大地為回路的自成阻抗，并適當(dāng)?shù)厥笰相導(dǎo)線和回流線路各以大地為回路的互感阻抗大些。因此，我們?cè)谶M(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保回流線最大程度的靠近電纜線路。（二）回流線的布置要求對(duì)于回流線的布置，我們有以下三個(gè)方式。（1）電纜三相水平排列:它主要是為有效預(yù)防運(yùn)行過(guò)程中造成的不必要的環(huán)流損失，此時(shí)可以采取這種方式，如圖2-2所示。圖2-2回流線布置示意圖電纜三相品字形布置:這種方案是為了使敷設(shè)過(guò)程更加方便快捷，因此可以將回流線布置于干電纜品字兩肩，每隔lm長(zhǎng)處換位一次。盡管把回流線三等份換位干A-B、B-C、C-A相間，在理論層次這種方案最佳，但是喲與敷設(shè)比較困難，因此這種方案不宜使用。長(zhǎng)電纜線路交叉互聯(lián):在電纜線路很長(zhǎng)的情況下，我們可以將其分為幾個(gè)單元，并將每個(gè)單元分為三段，最后進(jìn)行三相交叉互聯(lián)。考慮到電纜兩端可能出現(xiàn)接地的狀況，因此在這種方案中，我們不用敷設(shè)回流線。三、一端接地的接地方式時(shí)，直接接地端的選擇（一）關(guān)于電纜的接地對(duì)于中壓電纜，我們常常采用三芯電纜，三芯電纜的芯線主要成三角分布，因此電流就會(huì)對(duì)稱(chēng)分布，金屬外皮將不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。對(duì)于高壓?jiǎn)涡倦娎|，它的芯線和變壓器的初級(jí)繞組相似，金屬護(hù)套同次級(jí)繞組相似，因此在電流經(jīng)過(guò)電纜的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一系列的物理變化和作用，因此這個(gè)過(guò)程中護(hù)套會(huì)產(chǎn)生一些感應(yīng)電壓。如果護(hù)套兩點(diǎn)接地，那么導(dǎo)線就會(huì)和護(hù)套之間形成閉合回路，在護(hù)套中會(huì)產(chǎn)生環(huán)形電流，由于環(huán)形電流的數(shù)量級(jí)同芯線負(fù)載電流相同，因此芯線的載流量就會(huì)降低，這樣會(huì)使電纜絕緣層發(fā)生老化現(xiàn)象，也會(huì)造成電力損失。因此，應(yīng)該將電纜應(yīng)該一端直接接地，而另外一端經(jīng)過(guò)護(hù)層電壓限制器接地。（二）直接接地端的選擇選擇全部使用電纜敷設(shè)線路，那么接地點(diǎn)會(huì)選擇線路終端，即直接接地的方式。選擇將電纜一端同架空線相連，那么對(duì)于護(hù)套的接地點(diǎn)應(yīng)該同架空線一端相連，此種方式能夠降低護(hù)套上的沖擊電壓。選擇電纜兩端同架空線相連，那么應(yīng)該將護(hù)層電壓限制器安置在不容易被雷擊的那一端，并將護(hù)套的接地點(diǎn)接在另一端。四、實(shí)施絕緣分割交叉互聯(lián)接地當(dāng)線路比較長(zhǎng)時(shí)，就不應(yīng)該將金屬護(hù)套一端接地，主要是由于芯線電流較高容易使金屬護(hù)套產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，會(huì)在很大程度上影響設(shè)備的使用，并會(huì)發(fā)生一些安全事故。因此，如果是電纜的線路比較長(zhǎng)，那么我們可以將絕緣屏蔽層和金屬護(hù)套分成若干單元，并使屏蔽層和金屬護(hù)套形成交叉連接，使得整體形成連續(xù)回路。在這個(gè)過(guò)程中，我們應(yīng)該選擇絕緣街頭為最佳，能夠保證絕緣接地順利地進(jìn)行，且不會(huì)產(chǎn)生一些損失和安全隱患等狀況。我們?cè)诰€路設(shè)計(jì)時(shí)，要想降低感應(yīng)電流，那么應(yīng)當(dāng)確保電纜對(duì)稱(chēng)排列。其主要原因是由于小段護(hù)套電壓相差1200，且兩個(gè)接地點(diǎn)電位相同，無(wú)電位差，因此就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使用這種方法能夠有效使得金屬套上的感應(yīng)電壓有所降低，一般來(lái)說(shuō)，金屬套上會(huì)產(chǎn)生最大的感應(yīng)電壓。如果電纜出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)排列的狀況，那么不管三個(gè)小段呼他的長(zhǎng)度情況，因?yàn)樗鼈儾豢赡艹霈F(xiàn)電壓的向量和為零的現(xiàn)象；如果電纜的兩端均勻接地，那么護(hù)套內(nèi)就會(huì)在對(duì)地合成電壓的條件下產(chǎn)生循環(huán)電流現(xiàn)象，但是循環(huán)電流需要通過(guò)大地電阻或接地極電阻，它本身的電流也比較弱，因此我們可以忽略這些；如果通過(guò)交叉互聯(lián)之后使得一段與地相接，那么它的另外一端就會(huì)產(chǎn)生小的合成電壓，但是護(hù)套內(nèi)并不會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流，因此需要知道知道任何一相循環(huán)電流，就能夠知道各相循環(huán)電流，這主要是由于各相護(hù)套的阻抗是相同的，因此各相的循環(huán)電流也自然一樣。它的公式為循環(huán)電流后護(hù)套電壓=循環(huán)電流形成的壓降+每小段護(hù)套上的感應(yīng)電壓。結(jié)論總而言之，要想保證高壓電纜線路安全、穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)零缺陷，那么應(yīng)該在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，高度重視降低金屬護(hù)套內(nèi)的感應(yīng)電壓。要能夠深刻地認(rèn)識(shí)到110kV及以上高壓電纜線路與普通中低壓電纜線路在設(shè)計(jì)上的不同點(diǎn)，110kV及以上高壓電纜線路由于采用單芯電纜，金屬護(hù)套會(huì)形成感應(yīng)電壓，因此在很大程度上不利于提升線路輸電能力。參考文獻(xiàn)[1]李久程.關(guān)于110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題[A].云南電網(wǎng)公司、云南省電機(jī)工程學(xué)會(huì).2012年云南電力技術(shù)論壇論文集（文摘部分）[C].云南電網(wǎng)公司、云南省電機(jī)工程學(xué)會(huì):,2012:1.[2]岳宗坤.110kV及以上高壓電纜線路設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電氣化,2015,02:12-13.[3]李久程.110kV及以上高壓電纜線路的設(shè)計(jì)[J].云南電力技術(shù),2013,S1:49-52.[4]杜伯學(xué),李忠磊,張鍇,王立.220kV交聯(lián)