隨著城市供電負荷的快速增長，110kV和220kV的室內(nèi)GIS變電站和地下變電站得到了廣泛的應用。所有相應的電力線路也采用電纜出線，因此有可能設計出大空間、長距離的電纜線路。同時，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問題，成為電纜線路設計的新課題。本文以某項工程的電纜線路設計為例，分析討論了110kV或以上電力電纜線路的設計原理。
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。本期工程設計范圍為: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、燃氣管道、有線電視管道、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《電力工程電纜設計規(guī)范》，銅芯應用于需要連接高可靠電路的電線電纜，如重要電源。本項目選用交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電力電纜(單芯)。當?shù)販囟葹?0℃、考慮到本工程的電纜敷設在細沙和管道中，土壤熱阻指數(shù)為2.1K·m/W，埋深取1.0m，當電纜水平排列間隔為0.225m時，選用XLPE-800mm2銅導體電纜，雙回路鋪設時每相的大載流量約為690A，此時線路輸送容量為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根據(jù)系統(tǒng)的輸送容量進行選擇。電纜載流不僅取決于電纜芯的截面和結構，還取決于敷設方式、電纜布局和護層的接地方式，計算復雜。在一般工程設計中，可以參考電纜制造商提供的載流量。
02
電纜的分段和護層的接地方式
在正常運行的前提下，電纜應在鋁護套上產(chǎn)生感應電勢，其值與電纜長度和負載電流成正比。電纜外護套(PVC外護套)應耐受這種感應電勢。如果感應電勢過高導致PVC外護套絕緣損壞，導致多點接地，鋁護套上會產(chǎn)生較大的感應環(huán)流，增加電能損耗，增加電纜溫度，降低輸送容量。為了消除電纜鋁護套上的環(huán)流損失，達到經(jīng)濟運行的目的，同時將鋁護套上的感應電勢保持在安全值范圍內(nèi)，需要將護套分段并采用交叉連接的接地方式。
電纜的分段是根據(jù)護層感應電壓的大小和周圍的地理環(huán)境，合理選擇接頭井的位置，將電纜分為三個倍率段，將護層交叉連接。以下是本項目選擇的護層接地方式:
原理分析：護層接地方式如下：
三相護層兩側各有連接地面。
三相護層一端接地(或中間一端)互聯(lián)接地，另一端(或兩側)通過接地保護器接地。
當線路較長，一端接地不能滿足要求時，可采用三相護層交叉互聯(lián)兩側接地。
合理選擇護層接地方式，不僅有利于線路的安全可靠運行，還可以減少線路損壞和電纜絕緣層的老化。根據(jù)運行經(jīng)驗，一個交叉互聯(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超過15%。當單根電纜長度不超過800米時，通常不進行分段。在設計過程中，應合理創(chuàng)新和組合護層的接地方式。例如，當電纜根據(jù)現(xiàn)場情況分為四段時，其中三段形叉互聯(lián)模塊，另一段形成一端直接接地，另一端通過保護器接地。
03
電纜護層感應電壓計算
根據(jù)《電力工程電氣設計手冊》，電纜正常運行時護層感應電壓計算公式為17-52。
GB50217-2007中，按照電力工程電纜設計規(guī)范，第4.11.10條：“
交流單芯電線電纜金屬層的正常感應電勢計算不直接接地，應符合本規(guī)范附錄F的規(guī)定。電纜電路正常感應電勢的高值應滿足以下規(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。
本項目民田至蓮花山、民田至崗廈電纜分為6段，產(chǎn)生2個完整的交叉互聯(lián)。常規(guī)負荷電流時，電纜鋁護層大感應電壓低于80伏。
04
鋪設電線電纜
電纜敷設的典型方法有: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，可能需要多種敷設方法的組合。比如在變電站鋪設隧道或立井，出站后選擇電纜溝鋪設開放區(qū)域，埋管鋪設路徑狹窄區(qū)域。
本項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計。常規(guī)磚砌電纜溝位于綠化帶和人行道下方，敷設電纜并回填土后恢復原綠化。管溝蓋板采用預制鋼筋混凝土蓋板，蓋板設計考慮1t/m2的商業(yè)堆積。在一些地方，如人行道方磚，蓋板的設計負荷會相應增加。工井設置在電纜過路埋管和頂管兩側，鋪設后在工井內(nèi)充沙。工井采用磚井溝壁，預制梁板結構，活動蓋。
本工程電纜通過非主干道時，選擇破路開挖埋管;通過主干道時，由于市政管道不能封閉大開挖埋管，所以采用導向鉆入非開挖鋪裝MPP電力電纜護套管的方式進行穿越。
利用地表放置的鉆機導向鉆入非開挖鋪設管道，沿鋪設管道的設計路徑鉆一個先導孔，然后拉回鉆孔，將孔徑擴展到鋪設管道所需的規(guī)格，后將管道拉入已擴建的孔中，從而實現(xiàn)管道不開挖鋪設。
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，因此線路較長時應進行交換。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、管槽和纜溝的遠程敷設。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，應有不少于一處的剛度固定。
2)在垂直或陡坡的高側，應有不少于2處的剛度固定。
電纜蛇形鋪設的每個節(jié)徑位置，宜進行撓性固定。蛇轉化為線性鋪設的過渡位置，宜進行剛度固定。
5.3 電纜保護管
一般采用玻璃鋼管，C-聚氯乙烯保護管。選擇保護管時，應滿足使用條件所需的機械強度和耐久性。交流單相電纜時，不得使用未分離磁路的鋼管。當鋼管因機械強度要求而被使用時，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，保證鋼管的機械強度。
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，電纜支架應采用鋼材。
當交流單相大截面電纜工作電流達到1450A時，由于渦流作用而造成鋼質電纜支架鐵損，可達160W/m(三相成品字形設備)~530W/m(分配)，約占電纜損失的20%~70%，因此應注意對策。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)在應用廣泛，幾乎達到了鋼支架的強度，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，一般采用整體預制，玻璃鋼防水外殼。電纜接頭區(qū)域設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
