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摘要：文章通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)中高壓電纜運(yùn)行現(xiàn)狀與問(wèn)題進(jìn)行分析，優(yōu)化高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)方法，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高壓電纜；輸電線路；設(shè)計(jì)

1高壓電纜在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

隨著高壓電纜容量更大、輸送距離更長(zhǎng)，城市電力電纜傳輸占比快速增加。然而，實(shí)際應(yīng)用中新增電纜幾乎全部采用擠包交聯(lián)聚乙烯（CrosslinkedPolyethylene，XLPE）絕緣電纜（優(yōu)異的電、機(jī)械及熱性能、免維護(hù)、可靠性高）。XLPE絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。電纜系統(tǒng)故障時(shí)有發(fā)生，其故障率相對(duì)架空線低，但故障危害大。由于故障頻發(fā)，所以，我們有必要研究產(chǎn)生這些故障的原因。經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)施工安裝、產(chǎn)品質(zhì)量以及密封受潮是故障發(fā)生的3大主要原因。高壓電纜故障主要原因分布如圖2所示。針對(duì)電纜本體分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量故障主要原因如下：（1）電纜絕緣層與金屬護(hù)套（屏蔽）接觸不良，導(dǎo)致放電或燒蝕擊穿。（2）電纜外護(hù)套材質(zhì)不良導(dǎo)致開(kāi)裂。（3）絕緣材料性能不合格。（4）本體制造缺陷，如微孔、雜質(zhì)超標(biāo)等缺陷。其他主要原因如下：（1）施工時(shí)導(dǎo)致電纜受損。（2）交叉互聯(lián)接線方式錯(cuò)誤。（3）自然災(zāi)害：如暴雨、泥石流等。（4）進(jìn)水受潮。針對(duì)電障常有發(fā)生，占電纜附件故障問(wèn)題的近85%。施工安裝問(wèn)題主要原因如下：（1）界面被異物、半導(dǎo)體粉末等污染。（2）預(yù)制件與電纜絕緣界面壓力控制不當(dāng)，導(dǎo)致界面氣隙。（3）預(yù)制件安裝嚴(yán)重偏心。產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題主要原因有：（1）應(yīng)力錐尺寸及電纜絕緣層差異較大，可能出現(xiàn)放電或本體撕裂現(xiàn)象。（2）制作采用的原材料性能較差。密封受潮問(wèn)題主要原因如下：（1）密封“O”圈設(shè)計(jì)不當(dāng)，無(wú)法起到有效密封作用。（2）施工安裝時(shí)由于濕度較大或天氣原因，附件與電纜絕緣界面處混入了水分。（3）密封圈及防水帶材老化性能較差，在長(zhǎng)期運(yùn)行下逐漸失去了密封作用。

2電力系統(tǒng)中高壓電纜的優(yōu)缺點(diǎn)

讓架在空中的電線入地，不僅能美化城市環(huán)境，還能減少停電事故的發(fā)生[1]。優(yōu)點(diǎn)如下：（1）城市供電更靠譜：城市中裸露的金屬導(dǎo)線，很容易受雷電、風(fēng)雨、鹽霧、污穢和沿線樹(shù)木生長(zhǎng)以及施工機(jī)械等干擾破壞，導(dǎo)致停電。埋入地下，雖然也有一些挖斷電纜的事情發(fā)生，但總得來(lái)說(shuō)運(yùn)行安全性大大提高。（2）輸電能力突出：傳統(tǒng)架空線一方向輸電極限為兩個(gè)下通道可容納多回線路。（3）為大城市省地：大城市的土地寸土寸金，由于架空線的空間安全距離要求比地下管線更高，所以比較占地，改為地下電纜線路后，能省不少地面空間，隨著城市的快速發(fā)展地上空間越來(lái)越寶貴，地下電力電纜的增多，城市綜合管廊的出現(xiàn)可以將給水、通信、電力電纜等管線集中于綜合管廊內(nèi)敷設(shè)，將大大增加地下空間管廊的資源利用。高壓電纜在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的不足之處，具體分析如下：（1）電纜入地造價(jià)高、耗資大，其投資是架空線路的8~10倍。建設(shè)的高成本，在一定程度上影響電纜入地建設(shè)的進(jìn)度。（2）目前城市的地下資源非常緊張，地下自來(lái)水、燃?xì)?、污水等管線林立，給電纜隧道的施工造成的難度越來(lái)越大，而且在某種程度上，電力隧道是一次性資源，一旦隧道資源被充分利用，在鄰近道路再次修建隧道的可能性很小。（3）地下的隧道中的電力電纜一旦發(fā)生故障，搶修工作難度相當(dāng)大。確定故障點(diǎn)困難，隧道空間狹小，人員難以活動(dòng)，占路施工又會(huì)受到交管部門的很大限制，所以，地下電纜搶修所耗費(fèi)的人力、物力和財(cái)力成本非常高。

3絕緣材料及護(hù)套選擇

熟悉、掌握各種絕緣材料的性能及優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)工程需要選擇適合的絕緣材料和護(hù)套。目前，我國(guó)采用纜附件分析發(fā)現(xiàn)，由于施工安裝及產(chǎn)品質(zhì)量不合格、不規(guī)范引起的電纜附件事故如下：（1）附件時(shí)間安裝和原本設(shè)計(jì)規(guī)劃存在明顯差異。（2）附件安裝中電纜安裝不當(dāng)，導(dǎo)致實(shí)際使用受限，如表面過(guò)于粗糙、存在氣隙、絕緣屏蔽層斷口不一致、電纜接頭腐蝕損壞、接頭工藝不規(guī)范、壓接不緊、包扎不嚴(yán)等。在制造和設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)如下：（1）存在制造缺陷，存在凹陷、突起、絕緣部分有氣隙、雜質(zhì)。（2）在設(shè)計(jì)上，要充分考慮設(shè)計(jì)是否合理化，電纜類型要參照電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境來(lái)選擇，重視電纜的質(zhì)量，不能讓電纜被環(huán)境破壞腐蝕。電纜的主芯截面需承載得了線路的運(yùn)行負(fù)荷，不能讓電纜超負(fù)荷或者過(guò)電壓運(yùn)行。電纜的安裝路徑也應(yīng)該要合理地安排和考慮，盡量選用支架、管道、電纜溝的方式去鋪設(shè)電纜。

4高壓電纜、電纜類型、截面、載流量的選擇

4.1電纜選擇

4.1.1導(dǎo)線選材電纜以鋁芯線為主，綜合分析適用銅芯電纜的具體工程。如高層建筑、計(jì)算機(jī)機(jī)房等，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的導(dǎo)線材料。

4.1.2電纜芯數(shù)水下或重要線路中，需盡量減少接頭數(shù)，多選用單芯電纜，確保電纜敷設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。但是，注意交流系統(tǒng)單芯電纜應(yīng)采用隔磁處理的鋼絲鎧裝電纜，切勿采用鋼帶鎧裝導(dǎo)致后期使用受到一定限制。乙丙橡膠絕緣電纜敷設(shè)，其自身電氣優(yōu)勢(shì)突出、機(jī)械穩(wěn)定性強(qiáng)，對(duì)周圍環(huán)境要求不高，耐高溫、耐潮濕，線芯長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)90℃。

4.1.3鎧裝選擇針對(duì)實(shí)際敷設(shè)方式選擇合適的鎧裝，根據(jù)敷設(shè)直埋地敷設(shè)、水下敷設(shè)、導(dǎo)管或排管中敷設(shè)以及綜合管廊中敷設(shè)等方式不同，需選擇對(duì)應(yīng)的鎧裝。首先，在直埋地敷設(shè)中，考慮到電纜承受壓力及機(jī)械損傷，多采用鋼帶鎧裝，確保電纜質(zhì)量穩(wěn)定。水下施工，電纜受水流沖刷影響，需采用鋼絲鎧裝或鋼帶鎧裝并在外表設(shè)置耐腐蝕的塑料或纖維外被層。在導(dǎo)管或排管中輻射，考慮到對(duì)電纜的保護(hù)，推薦使用塑料外護(hù)套或加強(qiáng)型鉛色護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。

4.2電纜截面的選擇

電纜截面也是設(shè)計(jì)重要內(nèi)容之一，截面選擇要考慮到電纜使用中存在的溫升、電壓損失及受到的機(jī)械影響等。對(duì)較長(zhǎng)的電流回路，需對(duì)電流密度進(jìn)行詳細(xì)分析校驗(yàn)，確保電纜運(yùn)行的安全性和可靠性，盡可能降低運(yùn)行中的能量消耗，減少運(yùn)輸成本。若某一供電回路對(duì)應(yīng)不同的電纜，且電纜并聯(lián)，應(yīng)確保電纜纜芯截面保持一致。

4.3電纜載流量的選擇

電纜敷設(shè)條件不同，其對(duì)應(yīng)載流量也有較大差異。穿管敷設(shè)，考慮到不載流或載流量較小的情況下，實(shí)際電線的數(shù)量并不計(jì)算。若電線管管徑在50mm以上的，其管壁較薄，所以冷彎易發(fā)生變形，不作冷彎使用。電纜在室外以普通明敷架設(shè)，則分析其載流量，要考慮到實(shí)際環(huán)境中土壤水分遷徙的影響。土壤水分遷徙，影響電纜濕度，若電纜線芯濕度＞70%，則水分遷出，電纜周圍土壤干燥，土壤熱阻系數(shù)增大。若發(fā)現(xiàn)電纜線芯溫度較高，則說(shuō)明土壤水分遷徙運(yùn)動(dòng)較劇烈，可采取降低電纜溫度的方式，控制水分遷徙。

5高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)是確保輸配電穩(wěn)定性的重要措施，科學(xué)的電纜設(shè)計(jì)可避免意外事故發(fā)生。例如，電纜通過(guò)負(fù)載電流，若工作溫度過(guò)高，電纜將持續(xù)發(fā)熱，可能出現(xiàn)絕緣熱擊穿，導(dǎo)致電纜短路跳閘，甚至引起火災(zāi)。電纜實(shí)際使用中，由于電纜導(dǎo)體電阻過(guò)大或過(guò)小，導(dǎo)致運(yùn)行中容易發(fā)熱，在電纜選型上，不合理的選型也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體截面不滿足運(yùn)行要求，運(yùn)行為過(guò)載運(yùn)行，電纜散熱不合理，持續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致熱量積累嚴(yán)重。此外，在硬件技術(shù)上，若接頭制造技術(shù)落后，沒(méi)有穩(wěn)定壓接，將導(dǎo)致接頭處存在較大接觸電阻，電纜運(yùn)行仍會(huì)大量發(fā)熱。電纜相間絕緣性能不好，造成絕緣電阻較小，運(yùn)行中也會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。為了保證電纜的安全運(yùn)行，在進(jìn)行電纜設(shè)計(jì)時(shí)選擇電力電纜應(yīng)考慮下列因素：（1）電纜的額定電壓要大于或等于安裝點(diǎn)供電系統(tǒng)的額定電壓。（2）電纜持續(xù)允許電流應(yīng)等于或大于供電負(fù)載的最大持續(xù)電流。（3）線芯截面要滿足供電系統(tǒng)短路時(shí)的穩(wěn)定性要求。（4）根據(jù)電纜長(zhǎng)度驗(yàn)算電壓降是否符合要求。（5）線路末端的最小短路電流應(yīng)能使保護(hù)裝置可靠的動(dòng)作。（6）高的擊穿強(qiáng)度，低的介質(zhì)損耗，相當(dāng)高的絕緣電阻，優(yōu)良的耐放電性能。（7）具有一定的柔軟性和機(jī)械強(qiáng)度且絕緣性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，電纜熱伸縮形成的蠕動(dòng)。

6結(jié)語(yǔ)

隨著城市土地資源緊張，對(duì)高壓電纜輸電線路的設(shè)計(jì)研究必是大勢(shì)所趨。設(shè)計(jì)人員要依據(jù)具體電力工程背景，對(duì)電纜材料、連接方式、絕緣處理等進(jìn)行合理選擇，為電力系統(tǒng)提供一個(gè)安全、穩(wěn)定的用電環(huán)境，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題做好預(yù)控措施。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李中平，閏軍波，張旭東.關(guān)于高壓電纜線路電氣設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（29）：187.

作者：蔡加福 單位：廈門電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司