基于某电缆工程的大盘长电缆技术研究

兰 亮，冯 翔

（赣州宏远电力勘测设计院有限公司，江西 赣州 341000）

0 引言

目前电缆工程施工中，对于大截面电缆供电回路距离较长时，均采用分段敷设，中间接头接续的方案实现。中间接头的存在加大了建设投资，增加了供电系统的故障率，降低了系统运行的可靠性，所以为了减少中间接头，在金属护套感应电压限值以及施工条件满足的情况下，大盘长电缆敷设是一个较好的选择。目前电缆敷设技术已日益成熟，但是对于特殊情况下的大盘长电缆机械敷设仍受同步问题、环境因素的限制，同时电缆盘长生产受目前制造工艺、运输条件的制约，因此各种环境下大盘长电缆敷设仍是目前电缆敷设面临的主要问题。

1 电缆接地方式及分盘的选择

目前电缆敷设过程中，最难解决的还是大盘长电缆敷设问题，由于电缆盘长生产受目前制造工艺、运输条件的限制，同时电缆盘长过长会带来外护套感应电压过大的问题，所以对于普通高压110 kV电缆，一般每盘最长也就在300～700 m左右。

本文依托某工程110 kV电缆线路工程，电缆路径长度5.6 km，电缆采用110 kV单芯铜导体、交联聚乙烯绝缘、波纹铝护套、阻燃防蚁高密度聚乙烯外护套电力电缆，截面为800 mm2，根据现场实际，电缆可分为9盘，采用3个交叉互联单元，每个单元电缆包含3段电缆，最大电缆盘长为700 m。

为了减少金属护套的损耗，提高输送容量，对于长线路一般采用交叉互联接地。为了降低金属护套的感应电压，工程上通常是将各盘电缆在连接时装上绝缘接头，绝缘接头使金属护套在电气上分段，各段护套感应电压由分段长度确定。

单相电缆采用交叉互联时，每相电缆分段数采用3的倍数，每3小段组成1个大段，在绝缘接头处将每相电缆的护套绝缘，将不同的各小段护套相互交叉连接，并在两端直接接地。

2 单盘大长度电缆的制造

2.1 电缆的制造

电力电缆的制造主要是通过拉制、绞制、包覆三种工艺来制作完成的，型号规格越复杂，重复性越高。电力电缆制造的基本工艺流程如图1所示：

图1 电缆制造基本流程示意图

大盘长电缆生产是考验高压电缆制造厂综合生产实力的指征，在生产过程中需要很高的制造工艺稳定性，以及对大长度生产交货的能力和可靠性的保证。

大盘长电力电缆的整个制造流程同一般电力电缆基本相同，但在电缆机械强度和防腐要求上有所特殊，要求电缆长度尽量延长。而大长度电缆的关键设备主要是由于单根电缆长度和重量所引起的，关键工序都将受到的收、放线设备的限制。如果要生产大长度电缆，就必须对绝缘、挤塑等工序进行收、放线设备改造，配备大承重转盘式的收放系统。

2.2 盘长选择及小结

本文工程中选用YJLW03-64/110kV-1×800 mm2型电缆，最大单盘盘长为700 m。根据国内现有厂家生产工艺，上述单盘盘长的电缆是能够保证生产的。

3 单盘大长度电缆的运输和吊装

3.1 电缆的运输和吊装

常规高压电缆在生产、装盘、厂试完成后即运至客户指定的工地现场。一般主要采用的运输方式有公路运输、铁路运输、水运。本节将探讨目前采用常规运输工具、方案时，高压电缆运输环节对电缆单盘长度的限制。

目前采用的运输方式主要为公路平板车运输方式，一般采用平板车，一般平板车平板高度为离地600 mm左右，电缆盘在平板车上一般顺车向布置。

常规电缆盘最大盘外径的确定

根据《公路工程技术标准》，各类等级公路在设计时，都有一个公路建筑限界的指标，有比较详细的分类。但其数值在不同等级的公路上。

一般在高速公路上的限高标准为5.0 m，这一般是以沿线经过的隧道限高标准来限制高度。以此高度来推算，则电缆盘的高度不应大于H＝5 000 mm－600mm＝4400mm，为留有一定裕度，一般取4200mm为常规铁质电缆盘的最大盘径。

常规电缆盘最大宽度的确定

根据超限运输车辆行驶公路管理规定（交通运输部令2016年第62号）第三条规定，如下：

“第三条本规定所称超限运输车辆，是指有下列情形之一的货物运输车辆：

1）车货总高度从地面算起超过4 m；

2）车货总宽度超过2.55 m；

3）车货总长度超过18.1m；

4）二轴货车，其车货总质量超过18 000 kg；

5）三轴货车，其车货总质量超过25 000 kg；三轴汽车列车，其车货总质量超过27 000 kg；

6）四轴货车，其车货总质量超过31 000 kg；四轴汽车列车，其车货总质量超过36 000 kg；

7）五轴汽车列车，其车货总质量超过43 000 kg；

8）六轴及六轴以上汽车列车，其车货总质量超过49 000 kg，其中牵引车驱动轴为单轴的，其车货总质量超过46 000 kg。”

综上，我们可以得到常规高压电缆盘的高度限制3.2 m（4.0 m-0.6 m=3.4 m，考虑裕度）与宽度限制2.2 m（因为一般电缆盘运输车的宽度须比电缆盘本身宽些），车货总长度超过18.1 m，以此条件来计算常规电缆盘允许的最大电缆盘长。

在电缆盘高、宽确定的条件下，电缆盘允许的最大电缆长度和电缆的直径有着密切的关系，主要原因是，电缆直径越大，则对电缆盘的内径要求越高，且电缆直径与电缆盘上的层数有着直接的关系[1]。

电缆盘上允许的电缆盘长一般可以用以下公式来计算：

L：允许盘长，m；

D0：电缆盘内径，mm；

D1：电缆盘外径，mm；

D：电缆外径，mm；

p：电缆层数（取整数）；

n：圈数（取整数）；

B：电缆盘内宽，mm。

3.2 电缆盘尺寸研究

根据目前常规110kV电缆的外径尺寸，我们可以计算得到不同电缆盘允许的最大电缆盘长，详见表1、表2。

表1 Φ3200电缆盘允许装盘量及重量表

表2 Φ4000电缆盘允许装盘量及重量表

3.3 电缆盘长尺寸选择及小结

从表1、表2中可以看出，3.2 m～4.0 m外径的电缆盘允许电缆长度逐渐增加，且由于电缆外径的关系，不同截面电缆最大长度均不一致。李交白I、II线双回破口至青云谱变110 kV线路工程中选用YJLW03-64/110 kV-1×800 mm²型电缆，最大单盘盘长为700 m。根据计算，选用3 200 mm电缆盘即能满足吊装及运输要求。国内常规公路能满足运输条件，无需采用特殊运输条件。

4 单盘大长度电缆的设计

4.1 概述

大盘长电缆在设计时，必须要考虑的一个问题就是护套感应电压的限制。根据电力工程电缆设计规范（GB50217—2007），未能采取有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50 V；当采取能防止人员任意触及的安全措施时，不得大于300 V。

4.2 模型的计算和分析

正常运行时，根据《电力工程电缆设计标准》GB 50217—2018附录F交流系统单芯电缆金属层正常感应电势算式:

交流系统中单芯电缆线路一回或两回的各相按通常配置排列情况下，在电缆金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势值，可按下式计算：

按正常输送容量120 MVA，I=630 A，计算见表3：

表3 电缆金属层非直接接地处正常感应电压值

本节通过理论和110 kV输变电工程实例计算电缆的护套感应电压，本工程电缆在最大盘长700 m以下，感应电压均满足规划要求。

4.3 电缆感应电压计算及小结

本文工程中选用YJLW03-64/110 kV-1×800 mm²型电缆，最大单盘盘长为700 m，采用单端接地型式。根据计算，选用该长度下，电缆感应电压在300 V之下，能满足规程规范要求。

5 单盘大长度电缆的敷设

大盘长电缆在敷设时，由于电缆总重量大，在敷设时需要较大的牵引力，故在设计该类线路时需要计算电缆的牵引力是否超过允许值。故课题对大盘长电缆敷设进行分析，通过软件计算，选取合理的牵引方式、位置，来满足大盘长电缆的敷设需要。

5.1 模型建立

本报告采用道亨电缆牵引力计算程序进行计算。计算原理采用《城市电力电缆线路设计技术规定》中附录A 牵引力和侧压力的计算中的计算公式进行计算。模拟现场环境计算电缆侧压力和牵引力。

计算公式1~12中的各参数含义如下

T—牵引力，N；

T1—弯曲前牵引力，N；

T2—弯曲后牵引力，N；

μ—摩擦因数；

W—电缆单位重量，N/m；

L—电缆长度，m；

R—电缆的弯曲半径，m；

θ—弯曲部分的圆心角，rad；

θ1—电缆作直线倾斜牵引时的圆心角，rad；

α—电缆弯曲部分的倾斜角，rad；

P—侧压力，N或N/m；

D—管道内径，mm；

d—电缆外径，mm；

在实际工程中，根据电缆的敷设型式，常见的敷设又可归类为直埋、排管、顶管等数种型式，它们各自具有相似的路径和摩擦系数。

5.2 模型的计算和分析

本文电缆线路工程中选用YJLW03-64/110 kV-1×800 mm²型电缆，共分9段。本文针对工程敷设条件最恶劣段进行分析。

最大单盘盘长为700 m，在排管中电缆长度约620 m、拉管中长度约80 m。电缆盘放置位置分别考虑设在终端登杆处和220 kV姚北站口，计算电缆最大牵引力和侧压力。

5.2.1 电缆参数详见表4：

表4 电缆参数表

5.2.2 计算

敷设种类：一孔一条

电缆每米重力:135.3 N/m电缆盘的摩擦力按多长的电缆重量计：10 m

整个线路分为13段

1）第1段：

弯曲类型：水平直线牵引

求得：T=6 497.11 N

不产生侧压力。

2）第2段：

弯曲类型：水平弯曲牵引

132.594 N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.7 rad

求得：T=8015.34 N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=3816.83 N/m。

3）第3段：

弯曲类型：水平直线牵引

求得：T=11 993.2 N

不产生侧压力。

4）第4段：

弯曲类型：水平弯曲牵引

求得：T=13 892.3 N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=6 615.39 N/m。

5）第5段：

求得：T=21 848 N

不产生侧压力。

6）第6段：

弯曲类型：水平弯曲牵引

132.594 N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.37 rad

求得：T=24 412.8N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=11 625.1N/m。

7）第7段：

弯曲类型：凹曲面上的垂直牵引上

公式：（垂直牵引.凹曲面.上）已知：W=132.594N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.31 rad，α=0 rad

求得：T=26 792.1 N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0（mm），d=0（mm）

求得：P=12 758.1N/m。

8）第8段：

弯曲类型：水平直线牵引

求得：T=30 372.1 N

不产生侧压力。

9）第9段：

弯曲类型：凹曲面上的垂直牵引下

（垂直牵引.凹曲面.下）已知：W=132.594 N/m，R=2.1 m，μ=0.3，θ=0.31 rad，α=0 rad

求得：T=33 332.3 N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0mm，d=0mm

求得：P=15 872.5 N/m。

10）第10段：

弯曲类型：水平弯曲牵引

求得：T=38 035.7 N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=18 112.2 N/m。

11）第11段：

弯曲类型：水平直线牵引

不产生侧压力。

12）第12段：

弯曲类型：水平弯曲牵引

求得：T=45 946.6 N

产生侧压力，公式：

（1孔1根）已知：D=0，d=0

求得：P=21 879.3 N/m。

13）第13段：

弯曲类型：水平直线牵引

公式：水平直线牵引）已知：L=90 m，W=135.3 N/m，μ=0.3

求得：T=49 526.6 N

不产生侧压力。

5.2.3 结论

综上，本工程大盘长电缆在敷设时，牵引力和侧压力即能满足敷设需求。

6 结语

随着城市输电线路工程中电缆工程的比例越来越高，电压等级也在不断提高，高压长距离电缆项目也已经出现。电缆线路在电网中的数量及重要性将越来越高。因此，在现阶段，合理降低电缆工程造价、提高电缆工程的设计、施工质量对提高资金使用效率，提高电网可靠性具有重要意义。

本文工程采用大长度电缆盘长技术，700 m段电缆可采用交叉互联接地型式，感应电压及牵引力能满足规程规范要求[2]。大长度电缆盘长技术能取消或减少电缆工程中电缆中间接头的使用，加快电缆工程施工进度，降低工程造价，改善工程质量，提高电力系统运行的可靠性，降低故障率，提高供电质量，其经济效益和社会效益显著，具有广泛的推广应用前景。