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浅谈电力高压电缆输电线路设计

2019/08/25 阅读:

摘要:文章通过对电力系统中高压电缆运行现状与问题进行分析,优化高压电缆输电线路设计方法,提高电力系统运行质量。

关键词:高压电缆;输电线路;设计

1高压电缆在电力系统中的运行现状与存在问题

随着高压电缆容量更大、输送距离更长,城市电力电缆传输占比快速增加。然而,实际应用中新增电缆几乎全部采用挤包交联聚乙烯(CrosslinkedPolyethylene,XLPE)绝缘电缆(优异的电、机械及热性能、免维护、可靠性高)。XLPE绝缘电力电缆结构如图1所示。电缆系统故障时有发生,其故障率相对架空线低,但故障危害大。由于故障频发,所以,我们有必要研究产生这些故障的原因。经过分析总结,发现施工安装、产品质量以及密封受潮是故障发生的3大主要原因。高压电缆故障主要原因分布如图2所示。针对电缆本体分析发现,产品质量故障主要原因如下:(1)电缆绝缘层与金属护套(屏蔽)接触不良,导致放电或烧蚀击穿。(2)电缆外护套材质不良导致开裂。(3)绝缘材料性能不合格。(4)本体制造缺陷,如微孔、杂质超标等缺陷。其他主要原因如下:(1)施工时导致电缆受损。(2)交叉互联接线方式错误。(3)自然灾害:如暴雨、泥石流等。(4)进水受潮。针对电障常有发生,占电缆附件故障问题的近85%。施工安装问题主要原因如下:(1)界面被异物、半导体粉末等污染。(2)预制件与电缆绝缘界面压力控制不当,导致界面气隙。(3)预制件安装严重偏心。产品质量问题主要原因有:(1)应力锥尺寸及电缆绝缘层差异较大,可能出现放电或本体撕裂现象。(2)制作采用的原材料性能较差。密封受潮问题主要原因如下:(1)密封“O”圈设计不当,无法起到有效密封作用。(2)施工安装时由于湿度较大或天气原因,附件与电缆绝缘界面处混入了水分。(3)密封圈及防水带材老化性能较差,在长期运行下逐渐失去了密封作用。

2电力系统中高压电缆的优缺点

让架在空中的电线入地,不仅能美化城市环境,还能减少停电事故的发生[1]。优点如下:(1)城市供电更靠谱:城市中裸露的金属导线,很容易受雷电、风雨、盐雾、污秽和沿线树木生长以及施工机械等干扰破坏,导致停电。埋入地下,虽然也有一些挖断电缆的事情发生,但总得来说运行安全性大大提高。(2)输电能力突出:传统架空线一方向输电极限为两个下通道可容纳多回线路。(3)为大城市省地:大城市的土地寸土寸金,由于架空线的空间安全距离要求比地下管线更高,所以比较占地,改为地下电缆线路后,能省不少地面空间,随着城市的快速发展地上空间越来越宝贵,地下电力电缆的增多,城市综合管廊的出现可以将给水、通信、电力电缆等管线集中于综合管廊内敷设,将大大增加地下空间管廊的资源利用。高压电缆在实际应用中也存在一定的不足之处,具体分析如下:(1)电缆入地造价高、耗资大,其投资是架空线路的8~10倍。建设的高成本,在一定程度上影响电缆入地建设的进度。(2)目前城市的地下资源非常紧张,地下自来水、燃气、污水等管线林立,给电缆隧道的施工造成的难度越来越大,而且在某种程度上,电力隧道是一次性资源,一旦隧道资源被充分利用,在邻近道路再次修建隧道的可能性很小。(3)地下的隧道中的电力电缆一旦发生故障,抢修工作难度相当大。确定故障点困难,隧道空间狭小,人员难以活动,占路施工又会受到交管部门的很大限制,所以,地下电缆抢修所耗费的人力、物力和财力成本非常高。

3绝缘材料及护套选择

熟悉、掌握各种绝缘材料的性能及优缺点,根据工程需要选择适合的绝缘材料和护套。目前,我国采用缆附件分析发现,由于施工安装及产品质量不合格、不规范引起的电缆附件事故如下:(1)附件时间安装和原本设计规划存在明显差异。(2)附件安装中电缆安装不当,导致实际使用受限,如表面过于粗糙、存在气隙、绝缘屏蔽层断口不一致、电缆接头腐蚀损坏、接头工艺不规范、压接不紧、包扎不严等。在制造和设计方面表现如下:(1)存在制造缺陷,存在凹陷、突起、绝缘部分有气隙、杂质。(2)在设计上,要充分考虑设计是否合理化,电缆类型要参照电网运行环境来选择,重视电缆的质量,不能让电缆被环境破坏腐蚀。电缆的主芯截面需承载得了线路的运行负荷,不能让电缆超负荷或者过电压运行。电缆的安装路径也应该要合理地安排和考虑,尽量选用支架、管道、电缆沟的方式去铺设电缆。

4高压电缆、电缆类型、截面、载流量的选择

4.1电缆选择

4.1.1导线选材电缆以铝芯线为主,综合分析适用铜芯电缆的具体工程。如高层建筑、计算机机房等,结合实际情况选择合适的导线材料。

4.1.2电缆芯数水下或重要线路中,需尽量减少接头数,多选用单芯电缆,确保电缆敷设的经济性。但是,注意交流系统单芯电缆应采用隔磁处理的钢丝铠装电缆,切勿采用钢带铠装导致后期使用受到一定限制。乙丙橡胶绝缘电缆敷设,其自身电气优势突出、机械稳定性强,对周围环境要求不高,耐高温、耐潮湿,线芯长期工作温度可达90℃。

4.1.3铠装选择针对实际敷设方式选择合适的铠装,根据敷设直埋地敷设、水下敷设、导管或排管中敷设以及综合管廊中敷设等方式不同,需选择对应的铠装。首先,在直埋地敷设中,考虑到电缆承受压力及机械损伤,多采用钢带铠装,确保电缆质量稳定。水下施工,电缆受水流冲刷影响,需采用钢丝铠装或钢带铠装并在外表设置耐腐蚀的塑料或纤维外被层。在导管或排管中辐射,考虑到对电缆的保护,推荐使用塑料外护套或加强型铅色护套进行保护。

4.2电缆截面的选择

电缆截面也是设计重要内容之一,截面选择要考虑到电缆使用中存在的温升、电压损失及受到的机械影响等。对较长的电流回路,需对电流密度进行详细分析校验,确保电缆运行的安全性和可靠性,尽可能降低运行中的能量消耗,减少运输成本。若某一供电回路对应不同的电缆,且电缆并联,应确保电缆缆芯截面保持一致。

4.3电缆载流量的选择

电缆敷设条件不同,其对应载流量也有较大差异。穿管敷设,考虑到不载流或载流量较小的情况下,实际电线的数量并不计算。若电线管管径在50mm以上的,其管壁较薄,所以冷弯易发生变形,不作冷弯使用。电缆在室外以普通明敷架设,则分析其载流量,要考虑到实际环境中土壤水分迁徙的影响。土壤水分迁徙,影响电缆湿度,若电缆线芯湿度>70%,则水分迁出,电缆周围土壤干燥,土壤热阻系数增大。若发现电缆线芯温度较高,则说明土壤水分迁徙运动较剧烈,可采取降低电缆温度的方式,控制水分迁徙。

5高压电缆输电线路设计的注意事项

高压电缆输电线路设计是确保输配电稳定性的重要措施,科学的电缆设计可避免意外事故发生。例如,电缆通过负载电流,若工作温度过高,电缆将持续发热,可能出现绝缘热击穿,导致电缆短路跳闸,甚至引起火灾。电缆实际使用中,由于电缆导体电阻过大或过小,导致运行中容易发热,在电缆选型上,不合理的选型也会导致导体截面不满足运行要求,运行为过载运行,电缆散热不合理,持续运行导致热量积累严重。此外,在硬件技术上,若接头制造技术落后,没有稳定压接,将导致接头处存在较大接触电阻,电缆运行仍会大量发热。电缆相间绝缘性能不好,造成绝缘电阻较小,运行中也会产生发热现象。为了保证电缆的安全运行,在进行电缆设计时选择电力电缆应考虑下列因素:(1)电缆的额定电压要大于或等于安装点供电系统的额定电压。(2)电缆持续允许电流应等于或大于供电负载的最大持续电流。(3)线芯截面要满足供电系统短路时的稳定性要求。(4)根据电缆长度验算电压降是否符合要求。(5)线路末端的最小短路电流应能使保护装置可靠的动作。(6)高的击穿强度,低的介质损耗,相当高的绝缘电阻,优良的耐放电性能。(7)具有一定的柔软性和机械强度且绝缘性能长期稳定,电缆热伸缩形成的蠕动。

6结语

随着城市土地资源紧张,对高压电缆输电线路的设计研究必是大势所趋。设计人员要依据具体电力工程背景,对电缆材料、连接方式、绝缘处理等进行合理选择,为电力系统提供一个安全、稳定的用电环境,并对实际应用中可能出现的问题做好预控措施。

[参考文献]

[1]李中平,闰军波,张旭东.关于高压电缆线路电气设计的几点思考[J].科技创新与应用,2016(29):187.

作者:蔡加福 单位:厦门电力勘察设计院有限公司

浅谈电力高压电缆输电线路设计

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