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(jì)出大空間、長距離的電纜線路。同時(shí)，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(jì)的新課題。本文以某項(xiàng)工程的電纜線路設(shè)計(jì)為例，分析討論了110kV或以上電力電纜線路的設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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)夤艿馈⒂芯€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(jì)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(xiàng)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(shí)，選用XLPE-800mm2銅導(dǎo)體電纜，雙回路鋪設(shè)時(shí)每相的大載流量約為690A，此時(shí)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(jìn)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(hù)層的接地方式，計(jì)算復(fù)雜。在一般工程設(shè)計(jì)中，可以參考電纜制造商提供的載流量。
02
電纜的分段和護(hù)層的接地方式
在正常運(yùn)行的前提下，電纜應(yīng)在鋁護(hù)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(hù)套(PVC外護(hù)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(hù)套絕緣損壞，導(dǎo)致多點(diǎn)接地，鋁護(hù)套上會(huì)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(hù)套上的環(huán)流損失，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，同時(shí)將鋁護(hù)套上的感應(yīng)電勢保持在安全值范圍內(nèi)，需要將護(hù)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(hù)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(gè)倍率段，將護(hù)層交叉連接。以下是本項(xiàng)目選擇的護(hù)層接地方式:
原理分析：護(hù)層接地方式如下：
三相護(hù)層兩側(cè)各有連接地面。
三相護(hù)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(hù)器接地。
當(dāng)線路較長，一端接地不能滿足要求時(shí)，可采用三相護(hù)層交叉互聯(lián)兩側(cè)接地。
合理選擇護(hù)層接地方式，不僅有利于線路的安全可靠運(yùn)行，還可以減少線路損壞和電纜絕緣層的老化。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)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(shí)，通常不進(jìn)行分段。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理創(chuàng)新和組合護(hù)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(shí)，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(hù)器接地。
03
電纜護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算
根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》，電纜正常運(yùn)行時(shí)護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算公式為17-52。
GB50217-2007中，按照電力工程電纜設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)目民田至蓮花山、民田至崗廈電纜分為6段，產(chǎn)生2個(gè)完整的交叉互聯(lián)。常規(guī)負(fù)荷電流時(shí)，電纜鋁護(hù)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(xiàng)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(jì)。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(jì)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(jì)負(fù)荷會(huì)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(dòng)蓋。
本工程電纜通過非主干道時(shí)，選擇破路開挖埋管;通過主干道時(shí)，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(hù)套管的方式進(jìn)行穿越。
利用地表放置的鉆機(jī)導(dǎo)向鉆入非開挖鋪設(shè)管道，沿鋪設(shè)管道的設(shè)計(jì)路徑鉆一個(gè)先導(dǎo)孔，然后拉回鉆孔，將孔徑擴(kuò)展到鋪設(shè)管道所需的規(guī)格，后將管道拉入已擴(kuò)建的孔中，從而實(shí)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(shí)應(yīng)進(jìn)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(gè)節(jié)徑位置，宜進(jìn)行撓性固定。蛇轉(zhuǎn)化為線性鋪設(shè)的過渡位置，宜進(jìn)行剛度固定。
5.3 電纜保護(hù)管
一般采用玻璃鋼管，C-聚氯乙烯保護(hù)管。選擇保護(hù)管時(shí)，應(yīng)滿足使用條件所需的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性。交流單相電纜時(shí)，不得使用未分離磁路的鋼管。當(dāng)鋼管因機(jī)械強(qiáng)度要求而被使用時(shí)，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(jī)械強(qiáng)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(dá)到1450A時(shí)，由于渦流作用而造成鋼質(zhì)電纜支架鐵損，可達(dá)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(dá)到了鋼支架的強(qiáng)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)
