李長(zhǎng)琪　殷延?！「呱?/p>

摘? 要：隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，采用電纜敷設(shè)逐漸成為城市電力通道的主要形式。目前傳統(tǒng)電纜設(shè)計(jì)段長(zhǎng)有限，單位長(zhǎng)度內(nèi)電纜接頭數(shù)量相對(duì)較多，增加段長(zhǎng)，減少電纜接頭是提高電纜線路供電可靠率的一項(xiàng)重要措施。該文主要研究電纜截面、電纜護(hù)層感應(yīng)電勢(shì)、電纜制造、運(yùn)輸、施工、運(yùn)維等方面對(duì)排管敷設(shè)方式下的110 kV電纜段長(zhǎng)的影響。為今后大長(zhǎng)段電纜工程實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電纜? 大段長(zhǎng)? 排管? 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TM75? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2020）11（c）-0040-03

Research of Increasing Length of 110 kV Cable Laid in Pipes

LI Changqi? YIN Yanhai? GAO Sen

（State Grid Yangzhou Power Supply Company， Yangzhou， Jiangsu Province， 225000 China）

Abstract： With the acceleration of domestic urbanization， the use of cable has gradually become the main form of urban power channels. At present， the length of cable is limited. The number of cable connectors per unit length is relatively large. Increasing the section length and reducing the cable connectors is an important measure to improve the reliability of the power supply of the cable line. This article mainly studies the influence of cable cross-section， cable sheath induced potential， cable manufacturing， transportation， construction， operation and maintenance on the length of 110kV cable laid in pipes. This article provides some reference value for long lenth cable construction.

Kye Words： Cable; Long segment length; Pipes; Research

隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，采用電纜敷設(shè)逐漸成為城市電力通道的主要形式。根據(jù)電科院統(tǒng)計(jì)信息，高壓電纜故障按照不同部位劃分，電纜終端、電纜接頭、電纜本體各占1/3左右，因此減少電纜接頭、增加段長(zhǎng)是提高電纜線路供電可靠率的一項(xiàng)重要措施。110 kV及以上電纜排管敷設(shè)約占全部敷設(shè)方式的46%，因此有必要對(duì)110 kV電纜在排管敷設(shè)方式下大段長(zhǎng)電纜設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，分析影響電纜分段長(zhǎng)度的各種因素，采取相應(yīng)的保障措施。

1? 影響分段長(zhǎng)度的主要因素

對(duì)排管敷設(shè)方式下的110 kV電纜，影響其分段長(zhǎng)度的主要因素有以下幾個(gè)方面。

（1）電纜截面：電纜截面的選擇直接關(guān)系到電纜制造、運(yùn)輸、施工等因素。

（2）電纜制造：電纜生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)線上構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)計(jì)荷載，廠房?jī)?nèi)的運(yùn)輸通道直接影響電纜制造長(zhǎng)度[1]。

（3）電纜運(yùn)輸：影響電纜運(yùn)輸主要有電纜運(yùn)輸車(chē)輛、道路設(shè)計(jì)條件、實(shí)際運(yùn)輸路線等方面。

（4）電纜護(hù)層感應(yīng)電勢(shì)：隨著電纜段長(zhǎng)增加，電纜護(hù)層感應(yīng)電勢(shì)增大。電纜護(hù)層感應(yīng)電勢(shì)包含正常運(yùn)行感應(yīng)電勢(shì)、沖擊電壓下的感應(yīng)電勢(shì)和工頻短路時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)，要求在這幾種工況下均要滿足規(guī)程要求。

（5）電纜施工：排管敷設(shè)方式下的電纜施工相對(duì)于電纜溝、電纜隧道更為復(fù)雜，當(dāng)電纜通道轉(zhuǎn)彎次數(shù)較多時(shí)，電纜敷設(shè)變得十分困難，甚至直接決定電纜分段長(zhǎng)度。

2? 電纜截面選型計(jì)算

國(guó)內(nèi)電纜載流量設(shè)計(jì)，通常采用IEC-60287計(jì)算公式，具體公式如下：

110 kV電纜在排管敷設(shè)方式下允許載流量的大小，與排管間距、電纜的布置形狀有著密切的聯(lián)系。排管內(nèi)的電纜允許載流量一般都小于工井內(nèi)電纜載流量。關(guān)于電纜載流量計(jì)算的文獻(xiàn)較多，在此不再贅述。

需要特別注意的是，N-1運(yùn)行方式下計(jì)算的電纜允許載流量大于正常運(yùn)行時(shí)載流量，而N-1方式下電纜載流量往往決定了電纜截面大小;此時(shí)不能只計(jì)算多回路運(yùn)行方式下電纜載流量，并以此作為電纜截面選擇依據(jù)。以某110 kV工程為例，電纜型號(hào)為YJLW03-64/110kV-1×1000mm2，N-1方式下允許載流量1030A，雙回路時(shí)830 A。

3? 電纜制造

由于設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)能力的不同，導(dǎo)致電纜金屬護(hù)套的結(jié)構(gòu)形式也不相同，歐洲廠家一般采取厚度較小的平滑鋁護(hù)套，其電纜外徑相對(duì)較小，日本及國(guó)內(nèi)廠家一般采取波紋鋁護(hù)套，電纜外徑稍大。因此在同規(guī)格的電纜盤(pán)上，電纜外徑越小，其纏繞的電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，從而給電纜運(yùn)輸、裝卸帶來(lái)方便[2]。

電纜實(shí)際加工長(zhǎng)度，取決于廠房的結(jié)構(gòu)及尺寸（包括起吊設(shè)備所能承受的荷載）、廠房?jī)?nèi)各道工序之間的運(yùn)輸轉(zhuǎn)場(chǎng)、生產(chǎn)設(shè)備所能承受的設(shè)計(jì)荷載等條件。目前國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)能力往往決定了500 kV電纜單段制造長(zhǎng)度，不再是110 kV大段長(zhǎng)電纜的制約因素。

4? 電纜運(yùn)輸

目前陸纜的運(yùn)輸主要依靠公路運(yùn)輸，電纜運(yùn)輸是否超限取決于電纜盤(pán)大小。根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)、四級(jí)公路凈高4.5 m，考慮電纜盤(pán)上下留有空間，電纜盤(pán)直徑取4.2 m。根據(jù)《超限運(yùn)輸車(chē)輛行駛公路管理規(guī)定》，車(chē)貨總寬度大于2.55 m為超限運(yùn)輸車(chē)輛，取電纜盤(pán)最大寬度2.5 m可以滿足大部分道路寬度限制條件[3]。

電纜盤(pán)允許電纜長(zhǎng)度計(jì)算公式：

L=n×π×c×（d_n+c_d）/1000，c=（d_w-d_n）/2d，n=0.95×（b-2b₁-2b₂）/d

式中：n為電纜圈數(shù);c為電纜層數(shù);dn為電纜盤(pán)內(nèi)徑，mm;d為電纜直徑，mm;dw為電纜盤(pán)外徑，mm;? ? b為電纜盤(pán)總寬度，mm;b1為電纜盤(pán)架壁厚，mm;b2為電纜距離電纜盤(pán)內(nèi)壁間隙，mm。

以某110 kV工程為例，dw=4 200 mm，dn=1 600，d=106.4 mm，b=2 500 mm，b1=85mm，b2=80 mm，計(jì)算得L=2 060 m。

電纜運(yùn)輸方式有兩種，具體見(jiàn)圖1、圖2。

當(dāng)電纜需要的長(zhǎng)度小于L=2 060 mm時(shí)可以采用運(yùn)輸方式一，當(dāng)電纜長(zhǎng)度大于時(shí)則采用運(yùn)輸方式二，此時(shí)電纜盤(pán)外徑需要減小到4 000 mm。

當(dāng)采用運(yùn)輸方式一時(shí)，電纜盤(pán)寬度受限，電纜盤(pán)離地間隙較低，行車(chē)時(shí)在地勢(shì)起伏較大路段需要留意電纜盤(pán)底部的保護(hù)，避免電纜盤(pán)鎧裝。

當(dāng)采用運(yùn)輸方式二時(shí)，電纜盤(pán)寬度可以增加到? 4.1 m，電纜盤(pán)底部放置在掛車(chē)上，離地間隙較高，受損風(fēng)險(xiǎn)小。但電纜盤(pán)外徑減小到4.0 m（主要為了滿足大件超限運(yùn)輸限寬、限高要求）。

5? 電纜護(hù)層感應(yīng)電勢(shì)

5.1 正常運(yùn)行感應(yīng)電勢(shì)

當(dāng)電纜線芯流過(guò)交變的電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，同時(shí)會(huì)在電纜金屬套上感應(yīng)出交變的電勢(shì)[4-5]，交流系統(tǒng)單芯電纜金屬套的正常感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算方法可按下式計(jì)算：

E_S=L×E_S0

式中：ES為感應(yīng)電勢(shì)（V）;L為電纜金屬套的電氣通路上任意一部位與其直接接地處的距離（km）;ES0為單位長(zhǎng)度的正常感應(yīng)電勢(shì)（V/km）。

（1）電纜單、雙回路常規(guī)布置下的ES0計(jì)算方法在《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50217-2018）[6]中有相應(yīng)的計(jì)算公式。

（2）當(dāng)電纜多回路或者非常規(guī)方式布置時(shí)，需要對(duì)任意排列下每相電纜金屬護(hù)套正常感應(yīng)電勢(shì)ES0精確計(jì)算。一般采用電子表格或編程計(jì)算，下面就其計(jì)算原理進(jìn)行描述：

Φr=2×10^-7×L_n（L/r_b）×I_xr，Φ_j=2×10^-7×L_n（L/r_b）×I_xj

E_S0r=ω×Φ_j，E_S0j=-ω×Φ_r

式中，Ixr為X相電流的實(shí)部（A）;Ixj為X相電流的虛部（A），rb為護(hù)套半徑（mm）;L為X相與護(hù)套距離（mm），當(dāng)護(hù)套中心與相中心重合時(shí)，L=rb;ES0r為感應(yīng)電勢(shì)實(shí)部;ES0j為感應(yīng)電勢(shì)虛部。

如計(jì)算A1相護(hù)套正常感應(yīng)電勢(shì)ES0時(shí)，只要將其余各相對(duì)A1相金屬護(hù)套的正常感應(yīng)電勢(shì)實(shí)部、虛部分別累加即可。

5.2 沖擊電壓下的感應(yīng)電勢(shì)

不接地端不加保護(hù)器時(shí)護(hù)層所受的沖擊電勢(shì)。

（1）金屬護(hù)套末端接地。

U_A=2U₀×Z₂/（Z₀+Z₁+Z₂）

式中，U0為沿架空線路側(cè)的雷電壓幅值進(jìn)行波，Z0為架空線路波阻抗;Z1為電纜導(dǎo)體和金屬護(hù)層之間的波阻抗;Z2為電纜金屬護(hù)層與大地間的波阻抗。

（2）金屬護(hù)套首端接地。

U_A=-4U₀×Z₁/（Z₀+Z₁）×Z₂/（Z₁+Z₂+Z_f）

式中，Zf為負(fù)載波阻抗。

實(shí)際計(jì)算時(shí)，需要考慮架空與電纜連接端加裝避雷器情況，并考慮電纜外護(hù)層運(yùn)行多年后絕緣性能下降，不接地端一般均加裝護(hù)層保護(hù)器。

5.3 工頻短路時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)

工頻短路時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算分電纜金屬護(hù)套一端接地和交叉互聯(lián)接地兩種情況。

對(duì)于電纜金屬護(hù)套一端接地，主要有接地電流全部以大地為回路、接地電流全部以回流線或金屬套為回路、接地電流一部分以大地為回路3種方式。

由于此段內(nèi)容較多，在此不再贅述，可以參照相關(guān)書(shū)籍。

5.4 護(hù)層保護(hù)器選型

以某110 kV工程為例，正常運(yùn)行時(shí)非直接接地端感應(yīng)過(guò)電壓為141.84 V，滿足“采取能有效安全措施時(shí)，正常感應(yīng)電壓不得大于300 V”的規(guī)定。

按照遠(yuǎn)景單相接地短路電流28.97 kA計(jì)算，電纜短路故障工頻感應(yīng)過(guò)電壓為6.54 kV，小于護(hù)層保護(hù)器工頻耐受過(guò)電壓9 kV。

護(hù)層保護(hù)器8/20 μs，10 kA雷電沖擊電流殘壓峰值20 kV，小于電纜外護(hù)層沖擊耐受電壓峰值? ? ? ? ?37.5 kV/1.4=26.78 kV的數(shù)值。

6? 電纜施工

電纜敷設(shè)時(shí)其牽引力與側(cè)壓力不允許超過(guò)電纜的最大允許限值。電纜線路的牽引力和側(cè)壓力計(jì)算可以參照《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》[7]。

排管敷設(shè)方式下的電纜施工相對(duì)于電纜溝、電纜隧道更加困難，當(dāng)電纜通道轉(zhuǎn)彎角度較大、轉(zhuǎn)彎次數(shù)較多時(shí)，大段長(zhǎng)電纜可能無(wú)法敷設(shè)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要十分重視大段長(zhǎng)電纜的施工。在施工布置電纜盤(pán)時(shí)要盡量將轉(zhuǎn)角井放在牽引的末端，以減小轉(zhuǎn)彎段的側(cè)壓力。

某110 kV工程，電纜敷設(shè)時(shí)牽引力計(jì)算結(jié)果需要64 kN，電纜允許牽引力70 kN;轉(zhuǎn)角井側(cè)壓力? ? ? ? ? ? ? ?1.57 kN/m，允許側(cè)壓力3 kN/m。

7? 運(yùn)行維護(hù)

大段長(zhǎng)電纜設(shè)計(jì)需考慮在線監(jiān)測(cè)裝置以方便運(yùn)行，建議安裝護(hù)層過(guò)電壓限制器動(dòng)作自動(dòng)記錄儀、分布式光纖測(cè)溫、金屬護(hù)套感應(yīng)電壓和接地電流監(jiān)測(cè)、回流線電流監(jiān)測(cè)、在線局放監(jiān)測(cè)、電纜故障電流在線監(jiān)測(cè)等裝置。并采用可靠的專(zhuān)用雙電源布置，具備自動(dòng)投切功能。

當(dāng)電纜單段長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，其最大護(hù)層感應(yīng)電壓較高，在運(yùn)行檢修時(shí)，要事先制定工作流程、標(biāo)示牌布置、操作注意事項(xiàng)等規(guī)范要求，防止護(hù)層感應(yīng)電壓危害人員和設(shè)備安全。

8? 結(jié)語(yǔ)

（1）增加電纜分段長(zhǎng)度可以減少電纜接頭故障率。

（2）大段長(zhǎng)電纜的設(shè)計(jì)、施工目前并不成熟，需要在電纜截面選型、制造、運(yùn)輸、護(hù)層感應(yīng)電勢(shì)、施工等方面詳細(xì)考慮。

（3）大段長(zhǎng)電纜的護(hù)層感應(yīng)電壓較高，運(yùn)檢時(shí)要特別注意人身和設(shè)備安全。

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作者簡(jiǎn)介：李長(zhǎng)琪（1975，4—），男，漢族，江蘇揚(yáng)州人，本科，工程師，主要從事電力線路設(shè)計(jì)和電力電纜研究工程。

殷延海（1974，8—），男，漢族，江蘇揚(yáng)州人，本科，助理工程師，主要從事電力線路施工。

高森（1992，6—），男，漢族，江蘇揚(yáng)州人，碩士，工程師，主要從事電力線路設(shè)計(jì)。