高壓電纜設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐微探

朱黎

福建宏瑞建設(shè)工程有限公司廈門分公司（361000）

高壓電纜設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐微探

朱黎

福建宏瑞建設(shè)工程有限公司廈門分公司（361000）

結(jié)合某地鐵項(xiàng)目主變電所工程實(shí)例，針對(duì)高壓電纜設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)電纜型式、電纜截面、絕緣水平、電纜損耗以及電纜線路接地方式等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，望能夠確保高壓電纜線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

高壓電纜；設(shè)計(jì)；電纜截面；接地

0 引言

地鐵項(xiàng)目主變電所中電站樞紐布置位置會(huì)在很大程度上影響進(jìn)出線以及聯(lián)絡(luò)線的選擇與設(shè)計(jì)方案。高壓電纜可適用于10 kV以上電壓等級(jí)系統(tǒng)的電力傳輸作業(yè)，在地鐵項(xiàng)目電力系統(tǒng)中有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也表明，高壓電纜設(shè)計(jì)方案以及相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況將在很大程度上對(duì)高壓電力系統(tǒng)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。故把握高壓電纜線路相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)，并對(duì)高壓電纜在接地過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與探討，望能夠引起工作人員的關(guān)注與重視。

1 工程實(shí)例

某地鐵項(xiàng)目主變電所位于S市，線路全長為41.2 km，共設(shè)置11個(gè)站點(diǎn)。某站點(diǎn)線路管溝部分Ⅰ110 kV進(jìn)線電氣綜合工程由廈門電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，由廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司進(jìn)行監(jiān)理。發(fā)電機(jī)與變壓器組合采用單元接地，將發(fā)電機(jī)斷路器設(shè)置于發(fā)電機(jī)出口位置，以330 kV一級(jí)電壓接入該地區(qū)電力系統(tǒng)，330 kV一側(cè)采取雙母線接線方式。GIS設(shè)備與主變?cè)O(shè)備采用高壓電纜進(jìn)行連接，高壓電纜線路由主變壓器平臺(tái)經(jīng)專用高壓電纜線路廊道與GIS室電纜層進(jìn)行連接。高壓電纜線路額定電壓等級(jí)為190/363 kV，額定工作電流為660 A，額定工作頻率為50 Hz。

2 高壓電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 電纜型式設(shè)計(jì)

在高壓電纜線路設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮工程所處地區(qū)的環(huán)境條件、地質(zhì)特點(diǎn)、線路敷設(shè)條件、以及防火要求等因素，對(duì)不同型式的電纜線路進(jìn)行綜合比選，以得到最佳的高壓電纜線路設(shè)計(jì)型式。針對(duì)高差較大以及地下工程而言，上述場所應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用低密度聚乙烯電纜型式或交聯(lián)聚乙烯電纜型式（兩者對(duì)比，針對(duì)電壓等級(jí)在35 kV以下的用電場所而言，以交聯(lián)聚乙烯電纜型式為首選方案）。除此以外，從運(yùn)行性能上來看，目前交聯(lián)聚乙烯電纜線路制造工藝成熟，該型式電纜線路在熱穩(wěn)定性以及熱機(jī)械性方面均較低密度聚乙烯電纜線路而言更高，因此本工程中對(duì)高壓電纜線路選型為交聯(lián)聚乙烯電纜線路型式。

2.2 電纜截面設(shè)計(jì)

在對(duì)高壓電纜線路標(biāo)稱截面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮高壓電纜線路允許載流量情況，同時(shí)復(fù)核短路狀態(tài)下的短時(shí)耐受電流水平。高壓電纜允許持續(xù)載流量主要受電纜線路絕緣層熱阻水平、襯墊層熱阻水平、電纜損耗系數(shù)、金屬保護(hù)套損耗系數(shù)等因素的影響，可按照如下式（1）進(jìn)行計(jì)算：

該式中，θc為高壓電纜線路持續(xù)運(yùn)行允許溫度最高值，θo為高壓電纜線路持續(xù)運(yùn)行環(huán)境溫度；R為高壓電纜持續(xù)運(yùn)行允許溫度最高值下交流電阻（單位：Ω/m），Wd為高壓電纜線路絕緣層介質(zhì)損耗（單位：W/m），T1為高壓電纜線路絕緣層熱阻水平（單位：k·m/W），T2為襯墊層熱阻水平（單位：k·m/ W），T3為高壓電纜線路外護(hù)套熱阻水平（單位：k·m/ W），T4為高壓電纜線路外部熱阻水平（單位：k·m/ W），λ1為高壓電纜線路金屬保護(hù)套損耗系數(shù)，λ2為電纜鎧裝層損耗系數(shù)。

參考本主變電所高壓電纜敷設(shè)要求以及電纜線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇電纜截面積為630.0 mm2，短時(shí)工作電流最大值為1 216 A。

2.3 絕緣水平設(shè)計(jì)

高壓電纜一旦發(fā)生絕緣性能故障，將會(huì)導(dǎo)致部分電纜乃至整根電纜報(bào)廢,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在電纜線路絕緣水平的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)相較于所連接電氣設(shè)備絕緣水平提高一級(jí)以上。除此以外，電纜絕緣水平設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)對(duì)外護(hù)套的絕緣性能作出嚴(yán)格規(guī)定。本工程中所選用高壓電纜線路的絕緣水平參數(shù)為：額定工頻耐受電壓對(duì)應(yīng)電纜絕緣水平為420 kV/60.0 min，外護(hù)套絕緣水平為24 kV/ 1.0 min，額定操作沖擊耐受電壓對(duì)應(yīng)電纜絕緣水平為950 kV，額定雷電沖擊耐受電壓對(duì)應(yīng)電纜絕緣水平為1 175 kV，外護(hù)套絕緣水平為62.5 kV。

2.4 電纜損耗設(shè)計(jì)

主變電所中高壓電纜損耗主要包括以下幾種類型：第一是導(dǎo)體損耗，第二是絕緣損耗，第三是金屬護(hù)套損耗，第四是附加損耗。由于高壓電纜線路結(jié)構(gòu)以及金屬護(hù)套材料均存在一定差異，因此在電纜損耗上多有較大區(qū)別。在對(duì)比損耗時(shí)候應(yīng)當(dāng)以金屬護(hù)套損耗以及附加損耗為重點(diǎn)。本主變電所工程實(shí)例中，高壓電纜線路介質(zhì)損耗為1.91 kW/km，導(dǎo)體損耗為15.26 kW/km，金屬護(hù)套損耗以及附加損耗合計(jì)為0.19 kW/km。

3 高壓電纜接地設(shè)計(jì)

目前，高壓電纜線路金屬保護(hù)套可采取的接地方式包括三種類型：交叉互聯(lián)接地、兩端直接接地、一端直接接地。對(duì)于主變電所而言，由于高壓電纜線路長度有限，金屬保護(hù)套上任意一點(diǎn)正常感應(yīng)電壓多可控制在規(guī)定范圍內(nèi)，因此接地方式以一端直接接地為主。在接地設(shè)計(jì)過程中應(yīng)著重關(guān)注如下問題：

1）單芯高壓電纜線路金屬保護(hù)套一端直接接地情況下，另一端必須通過金屬絕緣保護(hù)器作接地處理。連接金屬絕緣保護(hù)器接地的主要目的是避免高壓電纜線路導(dǎo)體通過操作過電壓沖擊波或短路電流的情況下保護(hù)層感應(yīng)電壓升高的問題。

2）高壓電纜線路金屬保護(hù)套直接接地點(diǎn)可選擇電纜線路任意一端，若線路兩端所連接電氣設(shè)備不同,在選擇接地點(diǎn)時(shí)必須滿足以下原則：第一，高壓電纜線路一端連接變壓器，另一端連接架空線路情況下，線路金屬保護(hù)套接地點(diǎn)位置應(yīng)選擇在架空線與高壓電纜連接一側(cè)，同時(shí)作三相互連接地處理；第二，高壓電纜線路一端連接GIS設(shè)備，另一端連接架空線路的情況下，線路金屬保護(hù)套接地點(diǎn)位置應(yīng)當(dāng)設(shè)置于架空線與高壓電纜連接一側(cè)，同時(shí)作三相互連接地處理；第三，高壓電纜線路一端連接GIS設(shè)備,另一端連接變壓器裝置的情況下，線路金屬保護(hù)套接地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于GIS設(shè)備與高壓電纜連接一側(cè)，同時(shí)作三相互連接地處理。本案例中高壓電纜應(yīng)用一端直接接地方式，回流線電纜經(jīng)計(jì)算選擇10/6 kV（截面240.0 mm2）電纜線路。

4 結(jié)語

高壓電纜線路在地鐵項(xiàng)目電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多與頻繁。因此，在高壓電纜線路設(shè)計(jì)過程中必須參考實(shí)際情況，對(duì)電纜線路選型以及接地方案作出合理設(shè)計(jì)。

[1]江秀臣.局部放電HF/UHF聯(lián)合分析方法的現(xiàn)場電纜終端檢測應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,30(5)：92-95.

[2]李華陽,尚宇煒,吳成才,等.高壓電纜感應(yīng)式取電電源分析及設(shè)計(jì)[J].電力電子技術(shù),2012,46(10)：83-86.

[3]王霞,王陳誠,吳鍇,等.一種新型高壓電纜附件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,47(12)：102-109.

[4]楊建,唐忠.高壓電纜在線行波故障測距算法的設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2016,44(14)：48-54.