高压电缆设计技术及应用实践微探

2017-04-26朱黎

河南建材 2017年2期

关键词：保护套护套损耗

朱黎

福建宏瑞建设工程有限公司厦门分公司（361000）

高压电缆设计技术及应用实践微探

朱黎

福建宏瑞建设工程有限公司厦门分公司（361000）

结合某地铁项目主变电所工程实例，针对高压电缆设计工作中的关键技术要点进行分析，总结电缆型式、电缆截面、绝缘水平、电缆损耗以及电缆线路接地方式等关键环节的设计要点，望能够确保高压电缆线路安全稳定运行。

高压电缆；设计；电缆截面；接地

0 引言

地铁项目主变电所中电站枢纽布置位置会在很大程度上影响进出线以及联络线的选择与设计方案。高压电缆可适用于10 kV以上电压等级系统的电力传输作业，在地铁项目电力系统中有着非常重要的应用价值。大量工程实践经验也表明，高压电缆设计方案以及相关设计技术的实际应用情况将在很大程度上对高压电力系统的运行性能产生影响。故把握高压电缆线路相关设计技术要点，并对高压电缆在接地过程中的关键问题进行分析与探讨，望能够引起工作人员的关注与重视。

1 工程实例

某地铁项目主变电所位于S市，线路全长为41.2 km，共设置11个站点。某站点线路管沟部分Ⅰ110 kV进线电气综合工程由厦门电力勘察设计院有限公司负责设计，由广州地铁设计研究院有限公司进行监理。发电机与变压器组合采用单元接地，将发电机断路器设置于发电机出口位置，以330 kV一级电压接入该地区电力系统，330 kV一侧采取双母线接线方式。GIS设备与主变设备采用高压电缆进行连接，高压电缆线路由主变压器平台经专用高压电缆线路廊道与GIS室电缆层进行连接。高压电缆线路额定电压等级为190/363 kV，额定工作电流为660 A，额定工作频率为50 Hz。

2 高压电缆线路设计技术

2.1 电缆型式设计

在高压电缆线路设计过程中，必须充分考虑工程所处地区的环境条件、地质特点、线路敷设条件、以及防火要求等因素，对不同型式的电缆线路进行综合比选，以得到最佳的高压电缆线路设计型式。针对高差较大以及地下工程而言，上述场所应当优先选用低密度聚乙烯电缆型式或交联聚乙烯电缆型式（两者对比，针对电压等级在35 kV以下的用电场所而言，以交联聚乙烯电缆型式为首选方案）。除此以外，从运行性能上来看，目前交联聚乙烯电缆线路制造工艺成熟，该型式电缆线路在热稳定性以及热机械性方面均较低密度聚乙烯电缆线路而言更高，因此本工程中对高压电缆线路选型为交联聚乙烯电缆线路型式。

2.2 电缆截面设计

在对高压电缆线路标称截面进行设计时，必须充分考虑高压电缆线路允许载流量情况，同时复核短路状态下的短时耐受电流水平。高压电缆允许持续载流量主要受电缆线路绝缘层热阻水平、衬垫层热阻水平、电缆损耗系数、金属保护套损耗系数等因素的影响，可按照如下式（1）进行计算：

该式中，θc为高压电缆线路持续运行允许温度最高值，θo为高压电缆线路持续运行环境温度；R为高压电缆持续运行允许温度最高值下交流电阻（单位：Ω/m），Wd为高压电缆线路绝缘层介质损耗（单位：W/m），T1为高压电缆线路绝缘层热阻水平（单位：k·m/W），T2为衬垫层热阻水平（单位：k·m/ W），T3为高压电缆线路外护套热阻水平（单位：k·m/ W），T4为高压电缆线路外部热阻水平（单位：k·m/ W），λ1为高压电缆线路金属保护套损耗系数，λ2为电缆铠装层损耗系数。

参考本主变电所高压电缆敷设要求以及电缆线路结构特点，选择电缆截面积为630.0 mm2，短时工作电流最大值为1 216 A。

2.3 绝缘水平设计

高压电缆一旦发生绝缘性能故障，将会导致部分电缆乃至整根电缆报废,造成巨大的经济损失。因此，在电缆线路绝缘水平的设计中，应当相较于所连接电气设备绝缘水平提高一级以上。除此以外，电缆绝缘水平设计中还应当对外护套的绝缘性能作出严格规定。本工程中所选用高压电缆线路的绝缘水平参数为：额定工频耐受电压对应电缆绝缘水平为420 kV/60.0 min，外护套绝缘水平为24 kV/ 1.0 min，额定操作冲击耐受电压对应电缆绝缘水平为950 kV，额定雷电冲击耐受电压对应电缆绝缘水平为1 175 kV，外护套绝缘水平为62.5 kV。

2.4 电缆损耗设计

主变电所中高压电缆损耗主要包括以下几种类型：第一是导体损耗，第二是绝缘损耗，第三是金属护套损耗，第四是附加损耗。由于高压电缆线路结构以及金属护套材料均存在一定差异，因此在电缆损耗上多有较大区别。在对比损耗时候应当以金属护套损耗以及附加损耗为重点。本主变电所工程实例中，高压电缆线路介质损耗为1.91 kW/km，导体损耗为15.26 kW/km，金属护套损耗以及附加损耗合计为0.19 kW/km。

3 高压电缆接地设计

目前，高压电缆线路金属保护套可采取的接地方式包括三种类型：交叉互联接地、两端直接接地、一端直接接地。对于主变电所而言，由于高压电缆线路长度有限，金属保护套上任意一点正常感应电压多可控制在规定范围内，因此接地方式以一端直接接地为主。在接地设计过程中应着重关注如下问题：

1）单芯高压电缆线路金属保护套一端直接接地情况下，另一端必须通过金属绝缘保护器作接地处理。连接金属绝缘保护器接地的主要目的是避免高压电缆线路导体通过操作过电压冲击波或短路电流的情况下保护层感应电压升高的问题。

2）高压电缆线路金属保护套直接接地点可选择电缆线路任意一端，若线路两端所连接电气设备不同,在选择接地点时必须满足以下原则：第一，高压电缆线路一端连接变压器，另一端连接架空线路情况下，线路金属保护套接地点位置应选择在架空线与高压电缆连接一侧，同时作三相互连接地处理；第二，高压电缆线路一端连接GIS设备，另一端连接架空线路的情况下，线路金属保护套接地点位置应当设置于架空线与高压电缆连接一侧，同时作三相互连接地处理；第三，高压电缆线路一端连接GIS设备,另一端连接变压器装置的情况下，线路金属保护套接地点应设置于GIS设备与高压电缆连接一侧，同时作三相互连接地处理。本案例中高压电缆应用一端直接接地方式，回流线电缆经计算选择10/6 kV（截面240.0 mm2）电缆线路。