110kV电缆线路护层接地方式及保护分析

胡 斌 郑文进

（1.杭州鸿晟电力设计咨询有限公司 2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司）

0 引言

社会经济不断发展，逐渐扩大了经济规模，人们的用电需求不断增加。为了满足社会发展需求，我国不断提高电网改造速度，投入使用110kV 电缆电网之后，有利于减少自然条件造成的电量损失。但是110kV 电缆线路利用单芯线缆，因此电压很容易影响到护层性能，如果接地方式不合理，将会引发过电压问题，并且会形成环流，引发电缆腐蚀问题，减少110kV 电缆线路使用寿命。如果停电开展维修工作，将会造成较大的损失，因此需要科学的分析110kV 电缆线路护层接地方式及保护措施，在最大程度上减少上述问题。

1 110kV 电缆线路现状

社会主义市场经济的迅速发展，大量的居民进入了城市，从而推动了城市化发展。而目前的供网不能完全适应现代城市的发展，要求我国对电力系统进行全面的变革，必须要对现行的供网进行重新配置，才能满足人们的用电需要。目前各大城市的电力企业都在认真地进行着这项工作，许多企业也都在按照自己的规划去做，并收到了一定的成效。大部分企业都选择了抛弃原有的电缆线路，转而使用110kV 电缆［1］。110kV 电缆有一些优点，这些优点在常规电力线中是不可比拟的，如下所示：

第一，110kV 电缆的使用时间要比以前的电缆更久，同时缩短了更换线缆的时间，为电力企业节省了电力供应的费用；第二，常规的电缆在恶劣气候等恶劣环境下正常运行的可能性很小，110kV 电缆在恶劣环境下适应性比较强；第三、环境友好、清洁、不破坏整个城市的总体面貌。

110kV 电缆具有以上诸多优点，深受广大用户的欢迎。但是也要认识到110kV 电缆存在的缺陷：因为110kV 电缆是单芯的，所以在运行中如果没有正确地进行防护，就会造成更大的事故；在高压下，护层很可能会被击破，导致电能的损失，甚至有可能危及到人类的安全。所以，要想大规模地普110kV 电缆，就需要解决这个问题［2］。

2 110kV 电缆线路护层常用接地方式

2.1 单端接地

当电缆的线路长度在500 m 以下时，一般都是采用电缆金属护套，将一端直接接地，将另一端经过非线性的电阻保护器，进行间接接地，使金属护套对处于绝缘，避免出现回路问题。110kV 高压单芯电缆金属护套接地方式如下图：

110kV 高压单芯电缆金属护套接地处理方式示意图

2.2 交叉互联

将电缆线路分成多个大段，然后将每一个大段又分成等效的多个小段，在每一个小段之间，通过使用绝缘接头，使得各小段之间可以相互联系，而在绝缘接头上的金属护套三相间，则是使用同轴电缆，通过接地箱连接片进行换位连接，另外针对绝缘接头，应该做好接地箱的安装。此外还需要安装护层保护器，对各大段而言，其两端相应的护套必须要实现互联接地［3］。

2.3 护套两端接地

对于电缆线路，当距离比较近，而且传递功率较低，那么金属护层的感应电压比较小，所引起的损失比较小，因此不会太大地影响到载流量。当护套发生中点接地，实际为单端接地。对于电缆线路，在距离较远的情况下，必须在电缆线路中使用金属护套进行接地，在电缆的两端要进行对地绝缘，并且需要合理配置护层保护器。

2.4 电缆换位简述护套交叉互联

如果金属护套有交叉互联，则应该使用三相电缆来确保连续换位，这样三相电缆即使不是以水平的方式排列，也可以通过每一小段的换位来完成每一大段的全换位，使得感应电压的相量之和为零，即表示基本没有环流。但是这种连接只能在电缆换位空间中使用和发展。

2 电缆单相接地故障情况下金属护层感应电压计算举例

因为二相及三相短路时，短路电流并不通过地面，返回的路线很短，所以短路电流在保护层上产生的电压很低，并且保护层不接地的端部所产生的对地电压不会受到地网地阻抗的影响，所以这两种情形都要好于单相接地的短路。这就是说，通常情况下，在电网发生单相接地故障时，护套和保护器所受到的最高电压会发生，尤其是在短路电流较大或地网接地电阻较大时，会使用单端接地的方法。当发生单相接地故障时，该系统的过压可达25kV。这样的过电压对电缆外包和外包保护装置都是不利的。因此，要想办法减小在金属护套两端上的感生电压。

以一回110kv 电缆线路发生单相接地为例，计算其护层感应电压。故障相护套电压计算公式为：

式中，R为接地电阻，Rg为大地电阻，Rs为电缆金属护套半径，L为电缆护套长度，D为地中电流穿透深度，Id为单相接地故障电流。

从以上公式和计算可以看出，当接地电阻只为0.2Ω，单相接地电流为7000A 时，单端接地的长690m 的电缆金属护层上的纵向感应电动势可以达到接近3V，地电位上升部分可以达到1638V。因此，110kv 的电缆线，必须将它的地阻降至极低。在一定范围内，感应电压与地电流大小呈正比关系，地电流越大，其保护层的电压就越高。

3 110kV 电缆线路护层保护措施

3.1 规划设计110kV 电缆通道

为了实现护层保护的高质量，在架设电缆通道的过程中，需要科学规划和设计优化各方面。在架设电缆通道时的时候，地形和地质条件会直接影响到工程质量，因为在规划和设计过程呢个汇总需要综合考虑这些因素，保证工程符合电缆埋设的要求。在规划电缆通道的时候，不能选择地形低洼的位置，以免地势过低引起的积水，如果发生积水问题将会影响护层保护效果。此外也不能在有隐患和施工区域中安装，以免发生破坏。如果地区存在白蚁灾害，不仅防水、防腐和防火等工作，还要注重防蚁工作，以避免造成损害。

3.2 强化实验计算

因为110kV 电缆线路是一种单芯电缆形式，因此电缆线路内部电压会直接影响护层安全性。为了有效保护护层，保障电缆线路运行的稳定性和可靠性，在电缆线路架设之前需要通过实验计算，确定电缆荷载电压，结合试验电压科学设计护层。总之通过实验计算可以对护层的可靠性进行评估，保证护层可以抵抗电缆内部电压荷载。

3.3 做好护层感应电压的设计和验算

通过护层感应电压，可以对护层运行状态进行评估。在电缆护层设计阶段，需要注重计算护层感应电压的实验数据，保证在电缆护层可以在感应电压中运行的稳定性。在正常运行电流下，尽管在护层感应电压符合规范，但在发生故障时仍需进行验算，以确定有无损伤。

3.4 严控电缆线路中间接头和终端制作安装工程流程

加大力度监管电缆线路中间接头和终端制作安装工艺流程，提高整体施工过程的规范性，保证交叉互联系统和接地箱的设计、安装等符合相关标准，同时在安装电缆接头和电缆护层互联系统的时候，要注意详细记录施工情况，合理确定工作人员的责任，保证每个施工环节符合规范要求。

3.5 强化环流监测

如果是单端接地，那么110kV 电缆线路通常不会产生环流，如果是交叉互联接地，则由于对称布置，促使三相环流可以实现均衡。利用环流检测，并且对比以前记录的数据，这样可以处理电缆护层中的问题。并且还要持续性的测试保护层的绝缘程度，一旦发现有不合理的地方，就要立即进行替换。

3.6 合理设计和计算电缆分段长度

电缆线路分段长度直接关系到线路性能稳定性，如果线路过长或者过短，将会发生各种故障，使整体线路的故障发生频率因此提高。因此在施工之前需要精准性的评估和运算电缆线路的基本长度。技术人员通过专业性的运算感应电压，对电缆路径的具体状态进行全面研究，以此为基础合理选择分段。对于电缆进行分段时，要根据具体情况和感应电压得到的数值进行分段。在交流系统中，要保证电缆的金属护层的感应电压在正常范围内，才能正式配置单芯电力电缆。在确定感应电压之后，针对连续运行状态的电路，合理选择电缆截面。针对部分品字形单芯电缆线路，如果配置和两回线处于相同通路，在计算感应电压的时候需要考虑二者之间的相互影响。

3.7 合理选择新型外护套

为使得电缆护层的厚度可以达到技术等级的要求，需要合理选用新型外护套。一般情况下，只要4.0mm 的包覆层，其绝缘等级就能维持较久。可以选用聚乙烯和聚氯乙烯等材料，并且在表面镀了一层石墨。利用PE 材料制造的护套具有较高的硬度，而且受环境温度的影响很小，而PVC 材料制造的护套的硬度不够大，也会受环境温度的影响。电缆外护套的形式有很多，一些电缆外护套的石墨层也是通过挤塑成型，在护层外面再加上一层防护层，从而在施工过程中对外护层起到保护作用。有些双层外护管之间还夹杂着一条铜带，进一步强化外护套。

3.8 做好工程验收工作质量

验收工作贯穿于工程质量管理的过程中，为了保障电缆线路负荷相关要求，在验收电缆线路通道施工项目的时候，需要检查每个工作环节的规范性，尤其需要做好细节管理工作，提高整体工程质量。此外需要检测电缆线路通道周围环境。为了避免因为施工质量不合格，导致电缆投入使用之后产生损失，供电方在完成施工之后需要验收110kV电缆通道的规模和空间以及排水等，保证其符合相关要求。在验收阶段如果发现异常情况，要立即返工处理，避免在使用阶段产生问题。

3.9 保证地阻符合标准要求

电力电缆线路保持接地，可以为其在工作中的安全性提供保证。对电力电缆线路而言，无论是在工作和运行过程中，还是内部过电压、雷电过电压和接地故障，都将大地作为回路，使用电位钳来控制接地电位。接地电位与接地装置相应的电阻值有关，并且接地电阻值还受入地电缆频率及波形变化的影响，以及与接地装置相应的辐射方式等条件有关。因此，如果接地电阻不能保证电缆的运行，则在出现故障时，接地电流将会大幅度增加，可能会达到数百伏特。因此发生了地点位反击，将会击穿电力电缆护层绝缘，并使金属护层出现接地故障等问题，同时会引起电气设备之间的相邻反击，不但会带来跨步电压，也会容易导致人员伤亡的发生。因此，在保证了地理和经济条件的基础上，需要合理优化措施。例如：在对接地装置（接地网）进行设计时，应该使用边缘闭合、同时附加垂直接地体的设计方案等，以减少电力电缆线路接地装置的接地阻力。

4 结束语

社会经济发展需要利用电力资源，为了顺利输送电力资源，需要发挥出电缆线路的作用。当前不断扩大城市规模，在升级改造城市的过程中，突出了电缆架设的重要性。为了正常使用电缆，需要注重保护电缆外层。针对110kV电缆线路护层接地方式，需要合理选择保护方式，并且要严格把关每个环节，保障电缆线路运行的稳定性和可靠性。