隨著城市供電負(fù)荷的快速增長，110kV和220kV的室內(nèi)GIS變電站和地下變電站得到了廣泛的應(yīng)用。所有相應(yīng)的電力線路也采用電纜出線，因此有可能設(shè)計出大空間、長距離的電纜線路。同時，新建電纜線路與原電纜線路、架空線路的開口、T連接等連接方式的技術(shù)問題，成為電纜線路設(shè)計的新課題。本文以某項工程的電纜線路設(shè)計為例，分析討論了110kV或以上電力電纜線路的設(shè)計原理。

某地新建220kV民田站(GIS站)，其中110kV電纜終出線12次，本期出線7次。本期工程設(shè)計范圍為:將110kV蓮花山至崗廈電纜線路解開入民田站，產(chǎn)生民田-蓮花山、民田-崗廈電纜線路兩次;至少年宮、景田至地鐵站的雙回電纜線路解開景田，產(chǎn)生2進2出4回電纜線路;新建民田至福中一電纜線路。電纜線路經(jīng)過的區(qū)域是市區(qū)繁華區(qū)域，地下管網(wǎng)密集，包括原高壓電纜、水管、燃?xì)夤艿?、有線電視管道、通信管道等。

01

選擇電纜型式和截面。

根據(jù)《高壓電纜選擇指南》和《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》，銅芯應(yīng)用于需要連接高可靠電路的電線電纜，如重要電源。本項目選用交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電力電纜(單芯)。當(dāng)?shù)販囟葹?0℃、考慮到本工程的電纜敷設(shè)在細(xì)沙和管道中，土壤熱阻指數(shù)為2.1K·m/W，埋深取1.0m，當(dāng)電纜水平排列間隔為0.225m時，選用XLPE-800mm2銅導(dǎo)體電纜，雙回路鋪設(shè)時每相的大載流量約為690A，此時線路輸送容量為13萬千伏安，符合系統(tǒng)輸送容量要求。

原則分析:高壓電纜的線芯材料和截面尺寸應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的輸送容量進行選擇。電纜載流不僅取決于電纜芯的截面和結(jié)構(gòu)，還取決于敷設(shè)方式、電纜布局和護層的接地方式，計算復(fù)雜。在一般工程設(shè)計中，可以參考電纜制造商提供的載流量。

02

電纜的分段和護層的接地方式

在正常運行的前提下，電纜應(yīng)在鋁護套上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其值與電纜長度和負(fù)載電流成正比。電纜外護套(PVC外護套)應(yīng)耐受這種感應(yīng)電勢。如果感應(yīng)電勢過高導(dǎo)致PVC外護套絕緣損壞，導(dǎo)致多點接地，鋁護套上會產(chǎn)生較大的感應(yīng)環(huán)流，增加電能損耗，增加電纜溫度，降低輸送容量。為了消除電纜鋁護套上的環(huán)流損失，達到經(jīng)濟運行的目的，同時將鋁護套上的感應(yīng)電勢保持在安全值范圍內(nèi)，需要將護套分段并采用交叉連接的接地方式。

電纜的分段是根據(jù)護層感應(yīng)電壓的大小和周圍的地理環(huán)境，合理選擇接頭井的位置，將電纜分為三個倍率段，將護層交叉連接。以下是本項目選擇的護層接地方式:

原理分析：護層接地方式如下：

三相護層兩側(cè)各有連接地面。

三相護層一端接地(或中間一端)互聯(lián)接地，另一端(或兩側(cè))通過接地保護器接地。

當(dāng)線路較長，一端接地不能滿足要求時，可采用三相護層交叉互聯(lián)兩側(cè)接地。

合理選擇護層接地方式，不僅有利于線路的安全可靠運行，還可以減少線路損壞和電纜絕緣層的老化。根據(jù)運行經(jīng)驗，一個交叉互聯(lián)單元的三段電纜不可能完全等分，但每段的差別長度不應(yīng)超過15%。當(dāng)單根電纜長度不超過800米時，通常不進行分段。在設(shè)計過程中，應(yīng)合理創(chuàng)新和組合護層的接地方式。例如，當(dāng)電纜根據(jù)現(xiàn)場情況分為四段時，其中三段形叉互聯(lián)模塊，另一段形成一端直接接地，另一端通過保護器接地。

03

電纜護層感應(yīng)電壓計算

根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計手冊》，電纜正常運行時護層感應(yīng)電壓計算公式為17-52。

GB50217-2007中，按照電力工程電纜設(shè)計規(guī)范，第4.11.10條：“

交流單芯電線電纜金屬層的正常感應(yīng)電勢計算不直接接地，應(yīng)符合本規(guī)范附錄F的規(guī)定。電纜電路正常感應(yīng)電勢的高值應(yīng)滿足以下規(guī)定:

如果沒有采取安全措施，可以有效地防止人們隨意接觸金屬層，則不得超過50V。

除上述情況外，不得超過300V。

本項目民田至蓮花山、民田至崗廈電纜分為6段，產(chǎn)生2個完整的交叉互聯(lián)。常規(guī)負(fù)荷電流時，電纜鋁護層大感應(yīng)電壓低于80伏。

04

鋪設(shè)電線電纜

電纜敷設(shè)的典型方法有:直埋、管槽、電纜溝、電纜隧道、電纜橋架等。根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，合理選擇敷設(shè)方法，保證電纜的順利完成。如果電纜路徑長，可能需要多種敷設(shè)方法的組合。比如在變電站鋪設(shè)隧道或立井，出站后選擇電纜溝鋪設(shè)開放區(qū)域，埋管鋪設(shè)路徑狹窄區(qū)域。

本項目民田站出口采用磚砌電纜綜合溝，其他電纜溝采用隱蔽設(shè)計。常規(guī)磚砌電纜溝位于綠化帶和人行道下方，敷設(shè)電纜并回填土后恢復(fù)原綠化。管溝蓋板采用預(yù)制鋼筋混凝土蓋板，蓋板設(shè)計考慮1t/m2的商業(yè)堆積。在一些地方，如人行道方磚，蓋板的設(shè)計負(fù)荷會相應(yīng)增加。工井設(shè)置在電纜過路埋管和頂管兩側(cè)，鋪設(shè)后在工井內(nèi)充沙。工井采用磚井溝壁，預(yù)制梁板結(jié)構(gòu)，活動蓋。

本工程電纜通過非主干道時，選擇破路開挖埋管;通過主干道時，由于市政管道不能封閉大開挖埋管，所以采用導(dǎo)向鉆入非開挖鋪裝MPP電力電纜護套管的方式進行穿越。

利用地表放置的鉆機導(dǎo)向鉆入非開挖鋪設(shè)管道，沿鋪設(shè)管道的設(shè)計路徑鉆一個先導(dǎo)孔，然后拉回鉆孔，將孔徑擴展到鋪設(shè)管道所需的規(guī)格，后將管道拉入已擴建的孔中，從而實現(xiàn)管道不開挖鋪設(shè)。

05

高電壓電纜及其配件的布置和安裝

5.1　電纜排列方式

單芯電纜的三相排列可以分為水平排列、垂直排列和等邊三角形排列。水平和垂直排列存在三相互感不同、阻抗不對稱的問題，因此線路較長時應(yīng)進行交換。等邊三角形排列是三相對稱的。目前，水平或垂直排列通常用于直埋、管槽和纜溝的遠(yuǎn)程敷設(shè)。由于施工固定困難等其他因素，很少選擇等邊三角形排列。本文案例中，電纜的排列方式采用水平和垂直排列。

5.2　固定要求

1)在終端、接頭或拐角附近的電纜上，應(yīng)有不少于一處的剛度固定。

2)在垂直或陡坡的高側(cè)，應(yīng)有不少于2處的剛度固定。

電纜蛇形鋪設(shè)的每個節(jié)徑位置，宜進行撓性固定。蛇轉(zhuǎn)化為線性鋪設(shè)的過渡位置，宜進行剛度固定。

5.3　電纜保護管

一般采用玻璃鋼管，C-聚氯乙烯保護管。選擇保護管時，應(yīng)滿足使用條件所需的機械強度和耐久性。交流單相電纜時，不得使用未分離磁路的鋼管。當(dāng)鋼管因機械強度要求而被使用時，鋼管的軸向總長度可以切割1厘米的開口，然后切口可以用銅條焊接，從而切斷磁路，保證鋼管的機械強度。

5.4　電纜支架的特殊要求

除支持單相工作電流大于1000A的交流系統(tǒng)電纜外，電纜支架應(yīng)采用鋼材。

當(dāng)交流單相大截面電纜工作電流達到1450A時，由于渦流作用而造成鋼質(zhì)電纜支架鐵損，可達160W/m(三相成品字形設(shè)備)~530W/m(分配)，約占電纜損失的20%~70%，因此應(yīng)注意對策。在一些工程中，大截面電纜的支架是由不銹鋼、玻璃鋼或鋁合金等非磁性材料制成的。

玻璃鋼電纜支架現(xiàn)在應(yīng)用廣泛，幾乎達到了鋼支架的強度，而且耐腐蝕，無電能損耗。

5.5　電纜配件的布局和安裝

5.5.1　線纜中間接頭

電纜中間接頭分為絕緣中間接頭和直接中間接頭，一般采用整體預(yù)制，玻璃鋼防水外殼。電纜接頭區(qū)域設(shè)有專門的電纜接頭井。本文案例工程選擇電纜中間接頭連接。

接頭工井一般規(guī)格為10米或20米長，便于電纜的伸縮安裝和蛇形鋪設(shè)