电力系统中高压电缆输电线路设计问题浅析

黄志豪

【摘 要】随着改革开放和经济的不断发展，人民生活水平不断提高，用电量也大幅提升，对电网供电安全性、可靠性提出了越来越高的要求。输电线路作为电网的重要环节，由于受各种因素的影响比较多，在其运行维护中存在着许多困难，因此应该注意提高输电线路的运行维护质量，从而确保电网的安全运行。

【关键词】中高压电缆；高压输电线路；避雷线；避雷器

前言

本文通过对中高压电缆输电线路在电力系统应用的特点分析的基础上，针对避雷线、避雷器，阐述高压电缆主要设备的配置原则、参数选择等技术条件。在外部条件基本确定时，推荐通过合理确定护层接地方式，提高供电可靠性，在尽量提高电缆载流量的同时，正确认识载流量的确定方式。

1.中高压电缆线路与电力系统的连接及绝缘配合要求

1.1在系统中应用的3种方式

1.1.1电缆进线段方式。是指变电站出线间隔采用高压电缆，敷设一段电缆后，再采用架空线的方式与对端变电站相连，这是一种非常常见的电缆应用方案。

1.1.2高压电缆线路作为电力线路中间的一部分是指在城市中的高压电力线路，由于受到架空线路径选择困难的影响，架空线路中间的一段采用电力电缆，即电缆的两端均为架空线路。

1.1.3变电所之间，全线采用高压电缆。

1.2对系统绝缘的配合要求

为防止雷电波损坏电缆设施，一般从2方面采取保护措施：一是使用避雷器，限制来波的幅值；二是在距电缆设施适当的距离内，装设可靠的进线保护段，利用导线高幅值入侵波所产生的冲击电晕，降低入侵波的陡度和幅值，利用导线自身的波阻抗限制流过避雷器的冲击电流幅值。

1.2.1对避雷线的配置要求。

对于电缆进线段方式，与电缆线路相连的架空线路，如果与高压电缆相连的66kV及以上变电所为组合电器GIS变电所，则架空线路应架设2km避雷线；如果与高压电缆相连的35kV及以上变电所为敞开式配电装置的变电所，则架空线路应架设1km避雷线。这是高压电缆设计的一个重要的外部条件。因此，在电缆的设计中，必须按照绝缘配合的要求，在架空线路上架设满足长度要求的避雷线。尤其对于改扩建工程，发现原架空线路未架设避雷线时，应改造相应线路，架设避雷线。

1.2.2对避雷器的配置要求。

对于电缆进线段的10～220kV电力电缆线路，电缆线路与架空线相连的一端应装设避雷器，这一原则在DL/T5221-2005《城市电力电缆线路设计技术规定》中被确定下来。根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，对于发电厂、变电所的35kV及以上电缆进线段，如电缆长度不超过50m或虽超过50m，但经校验，装设一组氧化锌阀式避雷器即能符合保护要求，可只装避雷器F1或F2。电缆线路一端与架空线相连，且电缆长度小于其冲击特性长度时，电缆线路应在两端分别装设避雷器。当进入波电压与电缆非架空线侧的最大脉冲电压相等时，其相应的电缆长度称为冲击特性长度，或称为脉冲波特性长度，也称为临界长度。据此，在长度小于其冲击特性长度的电缆线路中，脉冲波的入射波和反射波的叠加作用，会使电缆的非架空线一侧的电压高于进入波，因此，不仅架空线侧，也要在电缆线路的非架空线一侧配置避雷器。

2.中高压电缆的主要技术特点

高压电缆的主要设计技术经济指标是载流量，根据载流量便可确定电缆的截面，从而影响工程的造价。电缆的载流量确定还影响电缆可靠性，新修订后的国家标准《电力工程电缆设计规范（GB50217―2007）》在确定载流量的条文中，将旧版（已废止）“持续工作电流”改为“100%持续工作电流”。这一改动，虽未涉及原条款各项要求的改变，却使基本载流量（IR）对应条件明确为100%恒定（即日负荷率Lf等于1）的持续特征。也意味着当回路负荷持续性Lf<1情况下，就不受此限，可另行评估其容许的载流量（I'R）。如：电缆在埋地敷设（直埋或穿管埋地的统称）情况下负荷特征具有Lf<1的周期性变化持续性时，一般成立I'R> IR 。这对于城网供电电缆埋地敷设的线路，具有不可忽视的积极意义，因为城网供电回路的负荷多属公用性，通常Lf=0.7～-0.8，因而其I'R>比IR可增大20%左右。影响电缆可靠性及载流量的因素非常多，其中电缆护层的接地方式是其中的核心因素。

2.1电缆金属护套或屏蔽层接地方式

对于三芯电缆，应在线路两终端直接接地，如在线路中有中间接头者，应在中间接头处另加设接地。而对于单芯高压电缆的接地方式则较为复杂，包括一端接地方式、线路中间一点接地方式、交叉互联接地方式及两端直接接地方式。

2.2电缆金属护套或屏蔽层接地方式选择分析

具有一定长度的供电电缆线路以直埋或管路敷设方式时，沿纵长每隔适当距离需要设封闭式工作井，城市内布置接头工作井一般比较困难，例如110kV双回电缆接头井的长度约12m，宽约2m布置，难度可想而知。单芯电缆长度较短时，优先考虑采用一端接地。安装接地线时，先将铜屏蔽地线与铠装地线连接，再将接地线与主地线连接。一端接地时，按规范（GB50217―2007）要求，在交流系统中单芯电缆金属层正常感应电势容许最大限值（Esm）不大于300V。采用两端直接接地方式，需敷设回流线，同时，需要经过计算，以保证两端直接接地方式的电缆金属护套在正常负荷电流时必须符合规范允许值。此外，为方便工程今后的维护测试，对于110kV及以上电缆，其金属护套直接接地端一般需经接地箱接地。交叉互联方式适用于较长的电缆线路，且将线路全长均匀地分割成3段或3的倍数段。使用绝缘接头把电缆金属护套隔离，并使用互联导线把金属护套连接成开口三角形，电缆线路在正常运行状态下流过3根单芯电缆金属护套的感应电流矢量和为零，就能避免电缆负载能力受流过金属护套的循环电流引起发热的影响。

3.结语

高压电缆输电线路系统应用涉及输、变电两个专业，相关规程规范、技术条件繁多。这就要求在高压电缆应用的过程中，对避雷器、避雷线等主要技术原则方面给予充分关注，使高压电缆系统的设备配置合理，参数选择正确，保证高压电缆的可靠运行。

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