浅析高压电缆输电线路在电力系统的应用

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摘 要：随着城镇市区电力需求的不断扩大，市内变电所的规模呈现扩大趋势，变电所的出线回路数不断增加，同时，城市建筑物的密度也在不断增大，造成架空输电线路路径问题很难解决，因此，在城镇电力负荷增长较快的城市内，选择高压电缆代替架空输电线路的送电方案大量涌现。

关键词：高压电力电缆；高压输电线路；护层；载流量

中图分类号：TM247文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

Abstract: along with the electric power demand continues to expand, the city substation scale appears enlarge a trend, the substation loop round number increases ceaselessly, at the same time, city building density is also increasing, resulting in overhead transmission line routing problem is difficult to solve, because of this, in the town of electricity load growth in the city selection of high voltage cables, instead of overhead transmission line of electricity transmission project in large numbers.

Key words: power cable; transmission line; protective layer; carrying capacity

高压电缆与架空线路相比具有以下优点：首先，高压电缆具有输电线路路径宽度小的特点，所以线路路径选择相对容易；其次，高压电缆为隐蔽工程，建成后，电缆设施会被道路、草坪、人行道等城市基础设施所覆盖，不会影响城市景观；另外，高压电缆不易受周围环境和污染的影响。同时，高压电缆线路也存在不足之处。高压电缆的投资较高，对高压电缆设计的要求也相应提高；建成后不容易改变，故障测寻与维修较难。

1 高压电缆线路与电力系统的连接及绝缘配合要求

1.1 在系统中应用的3种方式

a.电缆进线段方式。是指变电站出线间隔采用高压电缆，敷设一段电缆后，再采用架空线的方式与对端变电站相连，这是一种非常常见的电缆应用方案。接线图如图1所示。

b.高压电缆线路作为电力线路中间的一部分。是指在城市中的高压电力线路，由于受到架空线路路径选择困难的影响，架空线路中间的一段采用电力电缆，即电缆的两端均为架空线路。

c.变电所之间，全线采用高压电缆。

1.2 对系统绝缘的配合要求

为防止雷电波损坏电缆设施，一般从2方面采取保护措施：一是使用避雷器，限制来波的幅值；二是在距电缆设施适当的距离内，装设可靠的进线保护段，利用导线高幅值入侵波所产生的冲击电晕，降低入侵波的陡度和幅值，利用导线自身的波阻抗限制流过避雷器的冲击电流幅值。

1.2.1 对避雷线的配置要求

对于电缆进线段方式，与电缆线路相连的架空线路，如果与高压电缆相连的66 kV及以上变电所为组合电器GIS变电所，则架空线路应架设2 km避雷线；如果与高压电缆相连的35 kV及以上变电所为敞开式配电装置的变电所，则架空线路应架设1 km避雷线。这是高压电缆设计的一个重要的外部条件。在DL/T5092—1999《110~500 kV架空送电线路设计技术规程》中说明了架空线路防雷保护方式，但未提到高压电缆应用的此项要求，因此，在电缆的设计中，必须按照绝缘配合的要求，在架空线路上架设满足长度要求的避雷线。尤其对于改扩建工程，发现原架空线路未架设避雷线时，应改造相应线路，架设避雷线。

1.2.2 对避雷器的配置要求

对于电缆进线段的10~220 kV电力电缆线路，电缆线路与架空线相连的一端应装设避雷器，这一原则在DL/T5221—2005《城市电力电缆线路设计技术规定》中被确定下来。根据DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，对于发电厂、变电所的35 kV及以上电缆进线段，如电缆长度不超过50 m或虽超过50 m，但经校验，装设一组阀式避雷器即能符合保护要求时（见图1），可只装避雷器F1或F2。

对于10~220 kV高压电缆线路两端均与架空线相连的情况，应在电缆线路两端分别装设避雷器，这是DL/T5221—2005的要求。而DL/T620—1997中明确规定，与架空线路相连接的长度超过50 m的电缆，应在其两端装设阀式避雷器或保护间隙；长度不超过50 m的电缆，只在任何一端装设即可。工程实践中，对于两端连接架空线路的电缆，其长度大多超过50 m，可见，两条文的工程意义基本一致。

电缆线路一端与架空线相连，且电缆长度小于其冲击特性长度时，电缆线路应在两端分别装设避雷器。当进入波电压与电缆非架空线侧的最大脉冲电压相等时，其相应的电缆长度称为冲击特性长度，或称为脉冲波特性长度，也称为临界长度。

根据110 kV电缆波阻抗30Ω、架空线波阻抗500Ω和变压器波阻抗∞计算，此时电缆冲击特性长度l0=380 m。同理可计算出220 kV电缆波阻抗30Ω、架空线波阻抗350Ω和变压器波阻抗∞时，电缆冲击特性长度l0=430 m；500 kV电缆波阻抗30Ω，架空线波阻抗280Ω和变压器波阻抗∞时，电缆冲击特性长度l0=554 m。

根据上述110 kV电缆的计算，图2 l/l0表示电缆实际长度与其特性长度之比和电压之比的关系，Uim为电缆中受到最大的冲击电压（即架空线上入射波幅值），UBm表示B点最大冲击电压。

据此，在长度小于其冲击特性长度的电缆线路中，脉冲波的入射波和反射波的叠加作用，会使电缆的非架空线一侧的电压高于进入波，因此，不仅架空线侧，也要在电缆线路的非架空线一侧配置避雷器。

电缆的冲击特性长度的计算参数中包括波阻抗、冲击波沿电缆线芯的传播速度和冲击波陡度，涉及线路杆塔形式、电缆截面及电缆敷设方式等等，由此可以看出，电缆的冲击特性长度不是电缆的物理特性参数，而是一个工程特性参数，它随着不同的工程条件而不同。对于全线采用电力电缆的变电所内是否需装设避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。

2 高压电缆的主要技术特点

高压电缆的主要设计技术指标是指，在确定电缆截面的情况下，保证电缆的运行可靠性，并尽量提高电缆的载流量。影响电缆可靠性及载流量的因素非常多，其中电缆护层的接地方式是其中的核心因素。

2.1 电缆金属护套或屏蔽层接地方式

对于三芯电缆，应在线路两终端直接接地，如在线路中有中间接头者，应在中间接头处另加设接地。而对于单芯高压电缆的接地方式则较为复杂，包括一端接地方式、线路中间一点接地方式、交叉互联接地方式及两端直接接地方式。